Работы по проекту 665 были начаты согласно Постановлению СМ от 25.08.1955 г. Технический проект №665 переделки ПЛ пр.613 в ракетные лодки был выполнен в ЦКБ-112, главным конструктором проекта был Б.В.Леонтьев, главным наблюдателем от ВМФ — М.С. Фадеев. Технический проект 665 был утвержден в январе 1959 года. Огневая мощь ПЛ пр.665 увеличилась в два раза по сравнению с лодкой пр.644 за счет установки четырех крылатых ракет комплекса П-5. вместо двух на проекте 644.

Ракеты со стартовыми устройствами размещались в четырех стационарных контейнерах, установленных симметрично диаметральной плоскости, с постоянным углом возвышения 14, жестко скрепленных между собой и с корпусом подводной лодки. Контейнеры размешались в нос от прочной рубки в общем с ней ограждении. Стационарная установка контейнеров, исключавшая необходимость их подъема перед запуском крылатых ракет, по сравнению с подъемными оказалась более надежной в действии, имела меньший вес, сокращала время подготовки к старту, упрощала действия для подъема кабелей и труб, обеспечивала более высокую точность установки контейнеров относительно корпуса ПЛ. Ступенчатое взаиморасположение контейнеров, реализованное впервые в практике подводного кораблестроения, сокращало расстояние между ними, упрощало конструкцию погрузочных устройств и позволяло разместить контейнеры с меньшим возвышением над прочным корпусом.

Стрельба при надводном положении ПЛ могла производиться одиночными ракетами и залпом по цели двумя или даже четырьмя ракетами при любых комбинациях последовательности их выхода из контейнеров. В связи с размещением ракетного комплекса на ПЛ был установлен навигационный комплекс с двухгирокомпасной системой, системами гироазимута и гировертикали, автоматическим счислителем координат и астронавигационной системой, позволяющей уточнить координаты корабля в море, определять поправки курса по звездам в ночное время, а также определять свое место по Солнцу и Луне. Торпедное вооружение, средства гидроакустики, радиосвязи и радиолокации по сравнению с проектом 644 существенного изменения не претерпели.

Увеличение дальности плавания достигнуто за счет установки дополнительной 3-й группы аккумуляторных батарей и увеличения запаса топлива. В СВЯЗИ с этим, а также с необходимостью размещения дополнительной аппаратуры ракетного и навигационного вооружения, длину прочного корпуса и всей ПЛ требовалось увеличить на 9 метров. Для этого была введена удлиняющая вставка прочного корпуса и образован еще один отсек. Таким образом, на ПЛ стало восемь отсеков. Для улучшения обитаемости над вторым отсеком прочного корпуса в ограждении боевой рубки была размещена прочная жилая рубка. Претерпели некоторые изменения системы погружения и всплытия, гидравлики, воздуха высокого давления и другие общекорабельные системы.

В результате такого переоборудования в новом проекте удалось увеличить дальность плавания экономической 2-узловой подводной скоростью с 260 до 400 миль, 6-узловой скоростью под РДП — с 5000 до 8500 миль и 8-узловой скоростью под РДП — с 3100 до 6000 миль. Несмотря на увеличение количества личного состава, в проекте были предусмотрены спальные места для всех членов экипажа и улучшены условия обитаемости: введена система кондиционирования воздуха, увеличен объем провизионных кладовых, введена рефрижераторная установка провизионных камер, увеличен запас пресной воды
до 10 л в сутки на человека на полную автономность.

Следует отметить, что постройка подводной лодки нового проекта 665 путем переоборудования средней торпедной подводной лодки пр.613 первого послевоенного десятилетия существенного выигрыша в стоимости корабля не дала. Расчеты показали, что стоимость постройки нового корабля с теми же параметрами была бы больше, чем стоимость постройки лодки на базе ранее построенных лодок всего на 15%. Но следует помнить и напряженную политическую обстановку конца 50-х — начала 60-х годов и фактическое отсутствие иных межконтинентальных средств доставки ядерного оружия. Тем не менее переделка лодок пр.613 в проект 644 и 665 показала нецелесообразность переделки устаревших ПЛ под новые комплексы.

Переоборудование ПЛ пр.613 в проект 665 велось на Балтийском заводе (№189) в Ленинграде. Переоборудование головной лодки С-142 было начато в сентябре 1958 года. На воду С-142 была спущена 27.05.1961 г. Государственные испытания лодка проходила с 4 июля по 31 декабря 1962 года (с перерывами). Приемный акт был подписан 31.12.1962 года. Всего с 1958 по 1962 год на Балтийском заводе было переоборудовано шесть лодок: С-61, С-64, С-142, С-152, С-155 и С-164.

Тактико-технические характеристики подводной лодки проекта 665
Длина наибольшая, м 85,122
Ширина наибольшая, м 6,7
Осадка средняя, м 5,75
Водоизмещение:
- надводное нормальное, т 1478,0
- полное, т 1589,2
- подводное, т 2040
Запас плавучести, в % от нормального водоизмещения 38
Глубина погружения:
- перископная, м 14,7
- рабочая, м 170
- предельная, м 200
Время погружения из крейсерского в подводное положение с заполненными цистернами быстрого погружения, сек. 57
Длительность непрерывного пребывания под водой, часов 500
Скорость хода:
- надводная, уз. 15,4
- подводная, уз. 10,0
- подводная с РДП, уз. 8,0
Дальность плавания:
- в надводном положении полным ходом, мили 4230
- в подводном положении экономическим ходом 2 -2,5 узла, мили 400
- под РДП 6-узловой скоростью, мили 6600

Энергетическая установка
Главный двигатель 37Д, мощностью по 2000 л.е., шт.  2
Гребной электродвигатель ПГ-101 мощностью 1350 л.е., шт. 2
Электродвигатель экономического хода ПГ-103 мощностью 50 л.е., шт. 2
Аккумуляторная батарея 46СУ по 112 элементов в группе, число групп 3 Корабельные запасы и автономность
Нормальный запас топлива, т 121
Полный запас топлива, т 216
Автономность по провизии, сутки 45

Штурманское вооружение
Навигационный комплекс «Север-Н-655″  1
ЛагЛР-2, компл.  1

Ракетное вооружение
Крылатые ракеты комплекса П-5, шт. 4
Пусковые установки, шт. 4
Время старта ракеты после всплытия ПЛ в крейсерское положение:
- первой, сек. 110
- каждой последующей, через, сек. 90
Время подготовки старта ракеты, мин. 95
Приборы управления стрельбой «Север-А665У», компл. 1

Торпедное вооружение
Торпедные аппараты типа «665″, шт. 4
Общее количество торпед, шт. 4
Глубина торпедной стрельбы, м 70

Средства наблюдения и связи
РЛС кругового обзора РЛК-101 компл. 1
РЛС поиска и пеленгации РЛС противника «Накат», компл. 1
Станция опознавания «Хром-КМ», компл. 1
Гидроакустическая станция «Плутоний», компл. 1
Шумопеленгаторная станция «МГ-10″, компл. 1
Гидроакустическая станция подводной связи «МГ-15″, компл. 1
Гидроакустическая станция обнаружения работающих ГАС «МГ-13″, компл. 1

Уровень шума, создаваемого ПЛ:
Подводный шум на ходу:
а) инфразвукового диапазона, дб 119
б) звуковой диапазон, дб 121,5
в) ультразвуковой диапазон, дб 102
Подводный шум на стопе:
а) инфразвукового диапазона, дб 105
б) звуковой диапазон, дб 111,5
в) ультразвуковой диапазон, дб 78