苏联在液态金属冷却反应堆的设计和建造过程中，广泛的参考和借鉴了美国“海狼”级搭载的S2G型反应堆的资料，这些资料由苏联情报部门获得，经过研究分析和讨论学习，苏联对美国S2G型液态金属反应堆采用液态钠作为冷却剂进行了否定，并且决定采用铅铋合金作为苏联液态金属反应堆一回路的冷却剂。

在反应堆进行设计制造的同时，645型核潜艇的设计也在紧锣密鼓的进行，设计工作一开始是由佩列古多夫进行领导的，后来从1956年开始，设计工作改由纳扎洛夫领导。全艇设计任务在同年完成，1957年11月，645型核潜艇的最终设计方案获得通过，1958年6月15日在北德文斯克402造船厂正式开工建造，1962年4月1日下水，1963年10月30日完成设备安装调试工作，在1965年9月7日进入苏联红海军服役，获得编号K-27号。

相比与美国“海狼”号和“鹦鹉螺”号在外观上的较大区别而言，K-27号645型核潜艇和627/627A型核潜艇在外观上几乎没有区别，可以说，苏联就是在N级（627/627A）核潜艇的基础上进行反应堆的更换以获得的645型核潜艇。645型核潜艇对比627/627A型核潜艇最大的区别在于以下三点：第一是其储备浮力较627/627A型核潜艇有降低，为28%；第二是其采用了一种低磁钢材建造潜艇的主要结构，因此645型核潜艇上采用的消磁设备仅为627/627A型核潜艇的半数；第三是最重要的区别，那就是645型核潜艇搭载了两台VT-1型液态铅铋合金冷却核反应堆，总输出功率高达35000马力以上，比627/627A型核潜艇上的VM-A型压水反应堆提高了4.3%，并且实现了自然循环。

相比与美国的“海狼”号核潜艇，苏联的645型液态金属冷却反应堆核潜艇存在的潜在问题也是不少，比如上面提到的新型低磁钢材，这种钢材对于消磁确实有一定的作用，然而若长时间将其泡在水中便会在艇体产生气泡，这对于潜艇的结构是很不利的，其次液态金属冷却剂铅铋合金需要将温度维持在125℃以上，否则就会出现液态金属凝固现象，而且其一回路冷却系统在工作时会产生放射性，非常不利于保养维护工作的进行。

和美国遇到的情况惊人的一致，这种不成熟的初期液态金属反应堆的尝试，导致了645型核潜艇付出了惨痛的代价。1964年，正在大西洋南部执行任务的K-27号核潜艇上发生了液态金属冷却剂凝固的事故，这次事故发生的原因在于艇上的蒸汽发生器发生了泄漏，氧化物和淀渣进入了一回路之中，堵塞了管道，此次事故的直接后果是反应堆芯的温度升高到了1000℃以上。这样严重的事故对于灾难不断的K-27而言只是一个开始而已，1965年，苏联海军派遣K-27号核潜艇进入地中海执行跟踪美国海军航母编队的任务，7月31日，K-27号核潜艇发生了火灾，一名艇员负伤；8月26日，K-27号的核反应堆舱发生了火灾，大量的放射性物质泄露，艇内的辐射剂量达到了最大容许度的5倍之多，全艇有105名艇员受到了超剂量的核辐照射。尽管如此，K-27号核潜艇最终还是发现了美国海军CVS-15“伦道夫”号航母，并且进行了跟踪和模拟攻击，不过反应堆内的火灾却导致了其左舷反应堆管路破损，很多带有辐射的水蒸气不断的泄露出来，并且在过去6天之后，期右舷的反应堆也发生了同样的事故，K-27号核潜艇就这样历尽千难万险，完成了这次作战航行任务。

事情还没有完，1968年5月，K-27号核潜艇接到了前往巴伦支海进行航行训练的命令，由于艇的维护保养工作并没有彻底完成，因此艇长向指挥部报告说：“潜艇反应堆一回路的清洁工作没有进行，在这种情况下出海将会非常危险。”然而北方舰队司令部却并没有理睬这份报告，K-27号只能出航。5月24日，K-27号核潜艇的反应堆突然失控，接着反应堆功率迅速降低，该事故是由蒸汽发生器发生泄露而最终导致潜艇管路网络被堵塞，反应堆芯温度迅速上升，有20%的核燃料棒迅速的熔融并且发生破裂，事故导致了反应堆舱的辐射剂量相当高，恐怖的放射性气体向全艇扩散，冒死抢救故障的9名艇员最终在事故发生后不久因患严重的放射性疾病死亡，而其他被辐射的115名艇员当中，也有很多人在70年代初患上了癌症或者心脏病离开了人世。

鉴于不断的发生各种事故，因此从1968年5月24日的事故发生之后，K-27号核潜艇就停止了所有的任务和工作，被系泊在北德文斯克船厂码头边上，在持续进行了大量的实验后，该潜艇最终被做了沉海处理，1982年9月，K-27号核潜艇连同他厄运不断的VT-1型反应堆一起，被苏联海军秘密的沉在新地岛附近水深为33米的海域里。

可以这么说，液态金属冷却反应堆的理论是非常先进的，其高效率的热传递和可以实现自然循环等优越的特点是当时的压水堆不能比拟的，然而受限于当时的技术水平，不论是美国还是苏联都无法做到研发一种安全可靠的液态金属冷却反应堆。