В мае 1944 года руководство ВМФ утвердило ТТЗ на проектирование малой подводной лодки пр.612. На основании этого ТТЗ ЦКБ-18 в том же году разработало три варианта предэскизного проекта 612 с четырьмя носовыми и двумя кормовыми торпедными аппаратами. При этом водоизмещение лодки возросло до 325 тонн, были усилены бортовые цистерны и увеличена глубина погружения по сравнению с лодками XV серии. ТТЗ на разработку технического проекта ПЛ пр.612 со стандартным водоизмещением не более 350 т было утверждено наркомом ВМФ 2 декабря 1944 года. Вооружение предусматривало торпеды 53-38 (53-39), электроторпеды ЭТ-80, мины ПЛТ-3 и спаренную 23-мм артиллерийскую установку 2У-23.

Проектирование опытной ракетной лодки на основе проекта 611 было начато по Постановлению СМ от 26 февраля 1954 года. Проектирование велось ЦКБ-16, главным конструктором проекта был назначен Н.Н.Исанин. Технический проект переоборудования пр.611 в пр.В-611 был закончен в августе 1954 года и утвержден в сентябре того же года. Проект В-611 предусматривал установку двух вертикальных шахт с ракетами Р-11ФМ в носовой части четвертого отсека лодки. В связи с этим одна из 4-х групп аккумуляторной батареи 46СУ подлежала демонтажу.

Еще до окончания предэскизного проекта П-2, в 1949 году ЦКБ-18 приступило к разработке нового предэскизного проекта подводной лодки, вооруженной самолетами-снарядами. Проект выполнялся в целях обоснования тактико-технического задания ВМФ на эти ПЛ. Работа проводилась по плану научно-исследовательских работ на 1950 год. Проекту был дан шифр П-4, а позже присвоен номер 624. Проект разрабатывался под руководством Ф.А.Каверина. Основная идея проекта 624 заключалась в создании ПЛ, вооруженной самолетами-снарядами, позволяющими поражать береговые объекты противника на дальностях до 300 км. Авторам проекта представлялось, что возможность выполнения такой задачи подводными лодками, оперирующими вдали от своих баз и могущими скрытно приближаться к объектам противника, будет ценнейшим тактическим качеством.

В проекте 641 были довольно успешно решены задачи совершенствования и развития ТТД больших океанских дизельных ПЛ. Однако этот проект основывался на конструктивных решениях, заложенных еще в пр.611 в период 1944-1947 годов, и его модернизационные возможности были почти полностью исчерпаны. В то же время руководством ВМФ было высказано предложение о создании океанской дизель-электрической ПЛ с более высокими тактико-техническими характеристиками по вооружению, скоростям и дальностям плавания в подводном положении, глубине погружения, автономности, достижение которых предполагалось за счет применения серебряно-цинковой аккумуляторной батареи, дизелей и гребных электродвигателей повышенной мощности, современной радиоэлектронной аппаратуры и более совершенных видов судового оборудования.

В 1949 году ЦКБ-18 по заданию Пятого главного управления МСП выполнило предэскизный проект П-2 подводной лодки, на которой были размещены реактивные снаряды дальнего действия. ПЛ предназначалась для обстрела прибрежных районов территории противника реактивными снарядами и для решения других обычных для торпедной лодки задач. Размещение на ПЛ реактивных снарядов дальнего действия потребовало разработки целой серии вариантов проекта ПЛ. В проекте были приняты для размещения следующие реактивные снаряды:

В соответствии с Постановлением СМ СССР от 19 июля 1955 года и ТТЗ ВМФ, выданным 26 августа 1955 года, ЦКБ-18 в 1955 году разработало проект П-611 - переоборудованная ПЛ пр.611 для отработки комплекса П-10. Проект переоборудования был утвержден совместным решением МСП и ВМФ 30 марта 1956 года. В состав реактивного вооружения, принятого в проекте П-611, входили:
- один самолет-снаряд П-10;
- контейнер, где самолет-снаряд хранился со сложенными консолями крыла;
- стартовое устройство;
- система навигационных приборов;
- комплексная система управления стрельбой;
- устройства, системы и приспособления, обеспечивающие нормальную эксплуатацию реактивного вооружения.