Задачей похода стало испытание лодки на предельных режимах для выявления возможностей лодки и проверке систем и механизмов корабля в условиях автономного плавания. Кроме того было необходимо выяснить оптимальные режимы работы энергетической установки. Были преодолены разные климатические зоны — поход проходил из Арктики в экваториальные воды Атлантического океана.

Для решения задач экипаж был усилен внештатными специалистами: в качестве руководителя похода был назначен председатель Правительственной комиссии вице-адмирал Г. Н. Холостяков, в походный штаб вошли контр-адмирал И. Д. Дорофеев и другие представители флота. Техническую часть возглавил главный конструктор лодки А. К. Назаров и ведущий конструктор СКБ-143 Г. Д. Морозкин, который отвечал за сдачу в эксплуатацию энергетической установки.

Во время похода произошла нештатная ситуация с реактором левого борта подводной лодки. Расплавленный металл попал в газовую систему первого контура и застыл там. В результате в системе произошло падение вакуума, единственным способом устранить неисправность стала работа непосредственно на месте аварии, вблизи активной зоны реактора. Работы выполнил командир дивизиона капитан 3-го ранга А. В. Шпаков, который разрезал дефектную трубку и вручную прошомполил её. (Он получил значительную дозу радиации.) После этого специалисты-сварщики заварили трубку, восстановив работоспособность реактора. Наиболее экстремальные условия были в экваториальных водах, когда температура воды составила +25…+27 °C. При работе в таких условиях системы охлаждения реактора работали на пределе своих возможностей, при этом температура в реакторном и турбогенераторных отсеках была около 60 °C, за счёт этого остальные отсеки лодки прогревались до температуры в 45 °C при влажности до 100 %.