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.

Следующей попыткой модернизации проекта 611 был проект 631, эскизная разработка которого выполнялась по ТТЗ ВМФ в период июля-сентября 1954 года. Согласно этому ТТЗ ПЛ пр.631 по отношению к проекту 611 должны были обладать следующими преимуществами:
- увеличением в три раза времени непрерывного пребывания под водой;
- увеличением в три раза глубины стрельбы из торпедных аппаратов, с возможностью стрельбы новейшими типами торпед и увеличением на 30% запаса мин;
- увеличением автономности с 75 до 90 суток;
- увеличением скорости хода под РДП с 5 до 8-10 узлов;
- значительным увеличением запаса сжатого воздуха;
- возможностью работы подъемно-мачтовых устройств, средств связи и наблюдения на перископной глубине при скорости хода 8-10 узлов.

Спустя два года после окончания разработки технического проекта 612 ЦКБ-18 в инициативном порядке вновь начало проектные проработки малой дизель-электрической подводной лодки. В ноябре 1950 года было утверждено тактико-техническое задание на проектирование ПЛ пр.б22. В мае 1951 года был выполнен эскизный проект, а в мае 1953 года - технический проект, удовлетворяющий всем требованиям ТТЗ. Одновременно на заводе №196 был построен и принят специальной комиссией натурный деревянный макет ПЛ, на котором совместно с представителями ВМФ проверялись условия обслуживания, ремонтопригодность и обитаемость лодки.