С целью расширения боевых возможностей лодок проекта Victor I в борьбе с надводными кораблями (в первую очередь — ударными авианосцами противника) в ноябре 1961 г. было принято совместное решение ВМФ Военно-морской флот и Министерства судостроительной промышленности усилить торпедное вооружение за счет оснащения АПЛ Атомная подводная лодка новыми сверхмощными дальноходными торпедами калибром 650 мм. Одна-две такие торпеды могли полностью вывести из строя крупный боевой корабль (авианосец или линкор). Использование мощной ядерной боевой части еще больше увеличивало потенциал этого оружия. Другой важнейшей особенностью крупнокалиберных торпед была их способность преодолеть 50-километровое расстояние со средней скоростью 50 узлов. Для размещения нового крупногабаритного оружия на борту лодки проекта Victor I потребовалось внесение ряда изменений в конструкцию корабля, в частности увеличение длины торпедного отсека.
Другим важнейшим нововведением в системе вооружения модернизированного корабля стало его оснащение противолодочным ракетным комплексом SS-N-15 Starfish.
В ходе модернизации проекта были изменены и некоторые технические элементы силовой установки АПЛ Атомная подводная лодка. В связи с необходимостью дальнейшего снижения акустического поля турбозубчатый агрегат и автономные турбогенераторы с обслуживающими механизмами были установлены на общей раме в едином агрегате с двухкаскадным амортизирующим креплением.
Вместо дизель-генератора постоянного тока мощностью 200 кВт лодка получила более мощный дизель-генератор на 460 кВт. При вынужденном расхолаживании в море паро-производящей установки обоих бортов это обеспечивало в подводном перископном положении ход под гребными электродвигателями или подзарядку аккумуляторных батарей. Усиление торпедного и ракето-торпедного вооружения, а также изменения в составе энергетической установки, применение более совершенных средств управления торпедной стрельбой, потребовали увеличения длины прочного корпуса на 8,8 м и увеличения его диаметра на 0,1 — 0,5 м. Это обусловило рост водоизмещения лодки и незначительное снижение ее скоростных характеристик.
В 1963 г. началось проектирование модернизированной АПЛ Атомная подводная лодка "Victor II". 15 июля 1967 г. была утверждена техническая документация на корабль. По сравнению с АПЛ Атомная подводная лодка проекта Victor I лодок проекта "Victor II" несколько изменилось и расположение отсеков прочного корпуса:
1-й — торпедные аппараты и боезапас, жилые помещения и провизионные;
2-й — каюты, кают-компании, камбуз и ДУК (специальная система, обеспечивающая выброс за борт лодки мусора);
3-й — центральный пост, провизионные и вспомогательные механизмы;
4-й — реакторы;
5-й — блок ГТЗА-АТГ, опреснительная установка и пост энергоустановки;
6-й — компрессоры, пароэжекторные холодильные установки, преобразователи ПР-501-2;
7-й — жилые помещения, дизель-генератор;
8-й — гребные электродвигатели, приводы рулей, камбуз, химический пост.
Корабль получил несколько усовершенствованный ГАК Гидроакустический комплекс МГК-ЗООТ «Рубин». Боевые возможности лодки значительно возросли за счет оснащения ее боевой информационно-управляющей системой «Аккорд». Корабль был оснащен и рядом других новых или модернизированных систем, а также новым комплексом радиосвязи «Молния». В отсеке легкого корпуса за рубкой размещалась протяжная буксируемая связная антенна системы «Параван», обеспечивающая прием сверхдлинных волн на глубине до 160 м.
Было решено строить лодки проекта "Victor II" в Горьком, на заводе «Красное Сормово». В 1971 г. строительство АПЛ Атомная подводная лодка проекта "Victor II" началось и на Адмиралтейской верфи в Ленинграде (что объяснялось недостаточно высоким темпом работ в Нижнем). Ленинградцы внесли ряд усовершенствований в технологию постройки кораблей: вместо блочного метода был применен более передовой агрегатно-блочный. Посредством специального устройства рамы с уже смонтированными агрегатами массой до 350 т вдвигались внутрь секции через ее торец.