В целях усовершенствования лодки проекта 671 и желая усилить её боевую эффективность СПМБМ «Малахит», проявив инициативу, в 1962 году выполнил доработку АПЛ с двумя и четырьмя ТА, с калибром 650 мм. По результатам этой работы признали нужным разработать технический проект лодки с четырьмя ТА, с калибром 533 мм и двумя, с калибром 650 мм, и присвоить ему шифр 671РТ (РТ — ракетоторпеды). ТА с калибром 650 мм хотели использовать под созданные торпеды и ракетоторпеды, у которых была увеличена дальностью стрельбы. После аварии на одной из лодок, хотели установить на лодку проекта 671РТ дизель-генератор с увеличенной мощности. Кроме того были продолжены работы по снижению шумов отечественных АПЛ, в то время существенно уступавших по этим параметрам лодкам стран НАТО. Данную работу в группе главного конструктора возглавлял заместитель главного конструктора В.Д. Левашов. Потом появился еще один заместитель главного конструктора — А.В. Кутейников. Работы велись под руководством Г.Н. Чернышева. Главным наблюдателем от ВМФ назначили В. А. Отсон, а общее наблюдение за проектированием от Министерства обороны возглавил капитан 1 ранга В.Н. Воронов, а в 1971 года его сменил капитан II ранга А. Г. Варышев.

Технический проект завершили в 1964 году. Водоизмещение лодки было увеличено до 350 м3, длина на 4,8 м, а максимальная подводная скорость была уменьшена на один узел. Все прочие характеристики лодки, не претерпели больших изменений.

Несмотря на некоторую «противолодочную» специфику ПЛ, проекта 671РТ были всё же кораблями многоцелевого использования, которые были призваны бороться и с надводными кораблями противника. Самыми сложными и важными были ударные авианосцы США. Чтобы потопить такой авианосец, требовалось попасть в его борт около десяти раз торпедами с калибром 533 мм или требовалось применение спецбоеприпаса (но это не всегда представлялось возможным по военно-политическим соображениям). А усовершенствование средств противодействия АПЛ авианосного соединения, в том числе массовое использование вертолетов, гидроакустических корабельных комплексов большой мощности и управляемых ракет, потребовало от создателей увеличить дальность применения торпедного оружия.

В целях увеличения боевых возможностей АПЛ проекта 671РТ в борьбе против надводных кораблей противника (и, конечно, в первую очередь с ударными авианосцами) в ноябре 1961 г. принимается решение по усилению торпедного вооружения за счёт оснащения лодки усовершенствованными сверхмощными торпедами с калибром 650 мм. Одна или две подобные торпеды были в состоянии вывести из строя авианосец или линкор противника. А применение мощной боевой ядерной части увеличивало многократно потенциал этого оружия. Ещё важной особенностью крупнокалиберных торпед являлась способность преодолевать расстояние в 50 километров со средней скоростью в 50 узлов (в настоящее время ни у одной из зарубежных торпед нет подобных возможностей). Чтобы разместить новое крупногабаритное оружие на борту АПЛ в конструкцию корабля были внесены ряд изменений (в первую очередь это касалось увеличения длины торпедного отсека). Но для этого, та как размер отсека увеличился и из-за большой длины ракетоторпед и торпед с калибром 650 мм и чтобы обеспечить надводную непотопляемость, установили герметичную платформу, разбив на два первый отсек.

Следующим нововведением было оснащение его противолодочным комплексом «Вьюга». Его разработка велась с 1960 году в Свердловском Конструкторском бюро. Ракета, которая входила в комплекс, выстреливалась из ТА подводной лодки с глубины 50–60 м, выходила из воды, и, двигаясь по баллистической траектории, доставляла ядерный боеприпас в район цели. Предполагалось производство ракет с калибром 533и 650 мм. В начале августа 1969 года постановлением правительства № 617-209 комплекс «Вьюга», оснащённый ракетой 81Р поступил на вооружение ВМФ. Он был в состояние поражать подводные цели при дальности от 10 до 40 км. Надо сказать, что американские аналоги «Вьюги», ПЛРК UUM-44A SUBROC, разрабатывался с 1958 года и поступил на вооружение Морских сил США в 1965 году. Если сравнивать с комплексом советского производства, то он имел большую дальность стрельбы, около 50 км. Это обуславливалось большей дальностью американского комплекса Рейтеон АN/ВQQ-2 по сравнению с советским ГАК «Рубин».

Так как основным источником шума был ГТЗА, по инициативе конструктора Н.П. Быкова АТГ и ГТЗА установили на раму блока ПТУ, а тот раскрепили на промежуточной раме. Получилась, если можно так сказать, двухкаскадная амортизация, и из-за этого значительно уменьшилась шумность лодки. Отсек турбины в дальнейшем увеличили из-за нововведений.

Дизель-генератор постоянного тока с мощностью 200 кВт заменили на более мощный дизель-генератор с мощностью 460 кВт. При расхолаживании в море паро-производящей установки обоих бортов это будет обеспечивать в перископном подводном положении ход под гребными электродвигателями или же зарядку аккумуляторных батарей.

В августе 1965 г. появилось общее решение по корректировке проекта, и он был завершен к апрелю 1966 года. Так как транспортировка корабля по Беломоро — Балтийскому каналу была неудобна, возникла необходимость в переработке всего спускового устройства транспортного дока. В 1966 году конструкторское бюро вместе с заводом сделало много переработок, которые были направлены на то, чтобы снизить транспортную и спусковую массу лодки. Внедрение усовершенствованного вооружения и других мероприятий, которые были связаны со снижением шумности лодки, привели к тому, что водоизмещение увеличилось на 750 м3 по сравнению с лодкой проекта 671. За счет увеличения диаметра корпуса было достигнуто увеличение его объема в районе центрального поста. Удлинение лодки на 8,8 м позволило поместить дополнительный боезапас.

За счет оснащения лодки боевой управляюще-информационной системой, значительно выросли её боевые возможности. Корабль оснастили и рядом других усовершенствованных и улучшенных систем, а также комплексом связи «Молния». За рубкой, в отсеке легкого корпуса, была размещена буксируемая антенна «Параван». Это привело к возможности принимать радиопередачи в подводном положении в СДВ-диапазоне. Когда проводили средний ремонт на лодке проекта 671РТ ГАК «Рубин» заменили на ГАК «Рубикон», а РЛК «Каскад» заменили на РЛК «Альбатрос»