К-27 је једина подморница направљена по пројекту 645 ЖМТ на течни метал. Изградња је започета 15. јуна 1958. Подморница је поринута у воду 1. априла 1962. године, а предата морнарици 30. октобра 1963.
У арсеналу је имала четири торпедна апарата калибра 522 мм, смештена на крми. У оквиру пројекта 645 је први пут у светској пракси на подморницама примењен уређај брзог пуњења торпедних апарата. Сваки торпедни апарат је имао сопствени механизам за пуњење, тако да су се торпеда могла убацивати истовремено.
Посада К-27 на челу са И. И. Гуљајевом отиснула се у први поход 21. априла. У подморници су били и чланови владине комисије – вицеадмирал Г. Н. Холостјаков, контраадмирал И. Д. Дорофејев, и у име фабрике главни пројектант подморнице А. К. Назаров и конструктор пројектног бироа „СКБ-143“ Г. Д. Мороскин. Они су били одговорни за испоруку подморнице и мотора ратној морнарици. Додуше, имали су и други задатак – да у случају ванредне ситуације и хаварије помогну посади у отклањању квара.
И таква ситуација се заиста догодила. Дошло је до квара реактора са леве стране подморнице. Истопљени метал је продро у гасни систем првог сектора и тамо се стврднуо, што је одмах изазвало слабљење вакуума. Ванредна ситуација је морала хитно да се реши. Командир дивизиона, капетан 3. класе А. В. Шпаков, одсекао је и ручно очистио, а затим заварио цев у којој се стврднуо истопљени метал. Посао је одрађен веома пажљиво и опрезно, јер је квар био близу активне зоне реактора.
У екваторијалним водама је проверен систем хлађења реактора. Температура воде у океану је била 25-27 степени, а у коморама са реактором и турбогенератором је достизала 60 степени. У другим одсецима се кретала око 45 степени уз стопостотну влажност. Па ипак, чак и у тако сложеним условима систем хлађења реактора је одрадио свој посао, иако је, како истичу експерти, радио на граници могућности. У том првом походу подморница К-27 је оборила светски рекорд у дужини подводне пловидбе – провела је у мору 51 дан и прешла преко 12.000 миља (22.224 км).
За успешно тестирање нове технике командир нуклеарне подморнице К-27, капетан 1. ранга Иван Иванович Гуљајев, награђен је Лењиновим орденом и уручена му је Златна звезда Хероја Совјетског Савеза.
Подморница К-27 је 1965. кренула у други поход и поново оборила рекорд по дужини пловидбе без изласка на површину. Овога пута је под водом провела 60 дана и превалила 15.000 миља (око 28.000 км).
Нажалост, 24. маја 1968. године у Баренцовом мору је на овој подморници дошло до озбиљне хаварије. Страдала је цела посада. Један подморничар је изгубио живот у подморници, а осморица су касније у болници умрла од високих доза радијације.
Пловило је 1. фебруара 1979. године повучено из арсенала Ратне морнарице СССР-а. У априлу 1980. је донета одлука да се нуклеарна комора конзервира, а 10. септембра 1981. је цела подморница потопљена близу полуострва Степовој у Карском мору, у североисточном делу архипелага Нова Земља. Како кажу експерти, подморница К-27 је напредни изум совјетске науке на којем су испробани нови материјали и нове технологије.
Нуклеарна подморница К-27 је имала подводни депласман 4.370 тона, била је дугачка 109,8 метара, широка 8,3 и висока 9,4 метра. Максимална дубина јој је била 300, а радна дубина 270 метара. Развијала је максималну брзину од 30,2 чвора и могла пловити 50 дана у аутономном режиму. Имала је 105 чланова посаде.