Эта субмарина успела побывать в двух походах, а перед третьим, кругосветным, в мае 1968 года на К-27 произошла авария ядерного реактора на жидком металлическом (свинцово-висмутовым) теплоносителе. То, что тогда произошло, начали широко обсуждать только в 90-е годы – подводники давали подписку о неразглашении данных о катастрофе на 25 – 30 лет.
Бывший штурман К-27 во втором экипаже В. В. Наумов вспоминал, что субмарина, введенная в эксплуатацию в 1962 году, перед катастрофой совершила два похода, в 1964 и 1965 годах. Первый двухмесячный поход на тот момент был рекордом автономного плавания подлодок. Оба похода проходили в Средиземноморье. С ЖМТ-реактором К-27 в сравнении с другими советскими подводными лодками отличалась высокой скоростью и маневренностью.
Проблем с реактором с жидкометаллическим теплоносителем (он испытывался на К-27 впервые) в первых двух походах не было. Владлен Васильевич считал, что катастрофу спровоцировало непроведение регенерации сплава теплоносителя перед третьим походом.
Наумов приводит данные о 127 подводниках в составе К-27 в третьем походе в Баренцевом море. Бывший главный старшина субмарины В. Н. Мазуренко говорит о 144 моряках (на лодке находились еще трое ученых-проектировщиков). Вячеслав Николаевич рассказывал, что авария произошла на третьи сутки после выхода подлодки в море, экипаж был сильно измотан. Плавание должно было быть пятидневным, проверочным перед 70-дневной «автономкой».
Согласно данным В. В. Наумова, авария произошла в двенадцатом часу дня, по оценочным данным, из-за засорения каналов одного из двух ректоров шлаками или окислами теплоносителя. Ректор перегрелся, погорели его каналы, вследствие чего в итоге произошел выброс радиации. Командир не сумел должным образом оценить сложившуюся обстановку и даже не объявил радиационную опасность.
Как писал в своей книге член экипажа третьего похода К-27 В. Н. Мазуренко, в первые часы аварии никто толком не понимал, что произошло. Моряки видели, что стрелка дозиметра зашкаливает. Только когда начали вытаскивать подводников из реакторного отсека (сами они идти не могли), моряки догадались, что случилась катастрофа.
Лодка всплыла и пошла на базу Гремиха (база Севфлота ВМФ СССР в Мурманской области), хотя командиру П. Ф. Леонову и приказывали дрейфовать до особого распоряжения. При подходе к базе сработали установленные на пирсе радиационные дозиметры-ревуны – уровень облучения на К-27 был запредельный. Была объявлена боевая тревога, лодки с соседних причалов эвакуировали.
Весь экипаж подлодки был отправлен в ленинградский госпиталь. По воспоминаниям В. Н. Мазуренко, после взятия с моряков подписки о неразглашении только у офицеров была возможность систематически проходить курс лечения, а рядовой состав АПЛ после выписки из госпиталя и демобилизации спецобледований больше не проходил.
Переоблученным оказался весь экипаж К-27, почти сразу погибли все, кто находился в реакторном отсеке (9 человек). По информации Мазуренко, больше половины членов экипажа, пораженного острой лучевой болезнью, на сегодняшний день уже скончались от последствий воздействия радиации.
По словам В. В. Наумова, сама К-27 до 1982 года простояла на базе в Гремихе, а потом была затоплена в Карском море на 30-метровой глубине (по данным Мазуренко, на 75-метровой). Было намерение поднять и утилизировать АПЛ, но пока этот проект не реализован.