Le deuxième Projet de sous-marin de transport de débarquement et de ravitaillement, nommé Projet 664, devait être encore plus volumineux que le Projet 621 et élargir ses fonctions en visant également à réapprovisionner en route divers autres sous-marins (sous-marin nourrice). Ce Projet a été conduit par le bureau d’étude TsKB-16 (Volna).  Le fret liquide comprenait 1.000 tonnes de diesel ou de carburant d’aviation, 60 tonnes de pétrole, 75 tonnes d’eau potable et 31 tonnes de nourriture. En plus de ce fret, il devait être capable de transporter des troupes (170 à 350 personnes). Ce Projet avait été l’un des rares à entrer avec succès dans la phase de construction, mais la liste des développements nécessaires à sa construction posait des problèmes techniques et certaines solutions trouvées engendraient d’autres problèmes en cascade. La construction de ce sous-marin a commencé sur les quais de Severodvinsk.

Rapidement, les problèmes se sont révélés insurmontables et il parut impossible de construire un sous-marin pouvant remplir un tel panel de missions. Aussi, le projet fut arrêté en 1965, même si on avait déjà commencé à souder près de 600 tonnes de structure.