Trong cuộc đua làm chủ đại dương, Nga đã đầu tư số tiền khổng lồ để chế tạo nhiều tàu ngầm diesel-điện và hạt nhân mới, có khả năng tàng hình, độ ồn cực thấp và sở hữu nhiều vũ khí tối tân.
Đề án 877 Paltus (NATO định danh: Kilo) và Đề án 636 Varshavyanka (Kilo cải tiến) là lớp tàu ngầm tấn công chạy bằng động cơ diesel-điện, có nhiệm vụ tác chiến chống hạm và chống ngầm. Tàu có độ sâu hoạt động khoảng 240 m và độ sâu lặn tối đa 300 m. Lớp tàu ngầm này vận hành rất tốt trong vùng biển nông, có khả năng di chuyển ở gần khu vực đáy biển hơn các loại tàu ngầm tấn công khác.
Viện thiết kế Rubin đã ứng dụng nhiều công nghệ hiện đại để giảm độ ồn cho lớp Kilo, giúp chúng có khả năng tàng hình trước các thiết bị định vị thủy âm (sonar) hiện đại. Vỏ tàu được thiết kế theo hình giọt nước để làm giảm sức cản khi di chuyển trong lòng biển.
Tàu ngầm Kilo được gọi là "hố đen đại dương" bởi khả năng ẩn mình gần như hoàn hảo của nó. Động cơ của tàu được đặt cách ly trên bệ đỡ cao su và không chạm vào thân tàu, làm giảm rung động và triệt tiêu tiếng ồn. Vỏ ngoài tàu ngầm được bọc kín bằng lớp cao su đặc biệt, có khả năng cách âm từ bên trong và hấp thụ sóng âm từ bên ngoài. Lớp vỏ cao su này giảm khả năng phát hiện mục tiêu từ sonar chủ động và thụ động của đối phương.
Lớp Kilo cải tiến được trang bị 6 ống phóng ngư lôi cỡ 533 mm. Cơ số vũ khí của tàu gồm 18 ngư lôi Type-53-65, TEST-71, ngư lôi siêu khoang VA-111 Shkval, tổ hợp tên lửa hành trình Kalibr/Klub-S hoặc 24 quả thủy lôi. Tên lửa Kalibr có các phiên bản chống hạm, chống ngầm và đối đất, tầm bắn tối đa 2.500 km cho bản nội địa và 300 km cho bản xuất khẩu.
Tàu ngầm tấn công chạy bằng năng lượng hạt nhân Đề án 971 "Shchuka-B" được Liên Xô biên chế từ năm 1986. Phiên bản nâng cấp được trang bị lò phản ứng hạt nhân OK-650M, cho phép tàu di chuyển với tốc độ tối đa lên tới 65 km/h khi lặn.
Shchuka-B có thể lặn tới độ sâu tối đa 600 m, gấp đôi tàu ngầm tương tự của Mỹ. Tàu được trang bị 4 ống phóng ngư lôi 533 mm (28 quả) và 4 ống phóng ngư lôi 650 mm (12 quả), 3 bệ phóng tên lửa phòng không Igla-M và 28 tên lửa hành trình RK-55 Granat với tầm bắn 3.000 km.
Nga đang vận hành 8 tàu ngầm thuộc các phiên bản khác nhau của lớp Shchuka-B, cùng hai chiếc cho hải quân Ấn Độ thuê. Chiếc K-335 "Gepard" thuộc Đề án 971M là tàu ngầm hiện đại nhất trong biên chế hải quân Nga trước khi lớp Borei và Yasen được hoàn thiện.
Tàu ngầm năng lượng hạt nhân lớp Borei dài 170 m, rộng 13,5 m và có lượng giãn nước 24.000 tấn, tốc độ tối đa khi lặn đạt tới 56 km/h, tầm hoạt động không giới hạn. Dự trữ nhu yếu phẩm của Borei cho phép nó hoạt động liên tục hơn một năm mà không cần tiếp tế.
Vũ khí chính của lớp Borei là 16 đến 30 tên lửa đạn đạo xuyên lục địa R-30 (RSM-56) Bulava, cũng như các loại tên lửa hành trình khác. Mỗi quả tên lửa đạn đạo xuyên lục địa Bulava có thể mang theo 10 đầu đạn hạt nhân, đạt tầm bắn tối đa khoảng 8.000 km. Tên lửa có kích thước nhỏ gọn, sử dụng động cơ nhiên liệu rắn, tốc độ bay và khả năng cơ động cao, cho phép nó vượt qua nhiều lá chắn tên lửa đạn đạo tối tân hiện nay.
Uy lực của một tàu ngầm lớp Borei được đánh giá là vượt qua cả một đội quân lớn. Tàu ngầm hạt nhân là thành phần hiệu quả, tự động và dễ ẩn mình nhất trong bộ ba răn đe hạt nhân của Nga. Chúng có thể hoạt động cách bờ hàng nghìn km và không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
Tới năm 2020, hạm đội 8 tàu ngầm Borei sẽ mang tổng cộng 148 tên lửa Bulava với khoảng 1.480 đầu đạn. Mỗi đầu đạn hạt nhân có sức nổ 100-150 kiloton, tương đương 10 quả bom nguyên tử ném xuống thành phố Hiroshima. Ngoài tên lửa đạn đạo, tàu ngầm lớp Borei còn được trang bị 8 ống phóng với 40 ngư lôi hoặc tên lửa hành trình phóng từ tàu ngầm.
Ngoài hệ thống vũ khí uy lực, tàu ngầm lớp Borei còn được trang bị các công nghệ hiện đại. Thiết kế nhỏ gọn và hiệu quả giúp tàu giảm độ ồn đáng kể so với các thế hệ tàu ngầm hạt nhân chiến lược trước đó. Borei cũng là lớp tàu ngầm chiến lược đầu tiên của Nga sử dụng hệ thống đẩy phản lực dòng nước (pump-jet). Tàu được trang bị nhiều khoang thoát hiểm, giúp thủy thủ đoàn rời tàu trong tình huống khẩn cấp ngay cả khi đang lặn dưới biển.
Hệ thống định vị thủy âm (sonar) cho phép tàu ngầm lớp Borei phát hiện đối phương từ khoảng cách lớn gấp 1,5 lần tàu ngầm lớp Virginia của Mỹ. Tàu còn được trang bị tổ hợp thiết bị điện tử phức tạp, cho phép nó liên lạc, thu nhận thông tin về mục tiêu và nhiều chức năng khác.
Ngoài hai phiên bản Borei và Borei-A, Nga bắt đầu phát triển phiên bản Borei-M từ năm 2011. Dự án này làm tăng khả năng tàng hình dưới biển cho tàu ngầm, cũng như bổ sung các hệ thống kiểm soát vũ khí tối tân.
Học thuyết tác chiến hải quân Nga coi Yasen là thế hệ tàu ngầm hạt nhân đa năng tương lai. Ít nhất 8 tàu ngầm Yasen mang tên lửa hành trình sẽ được đóng mới và biên chế cho hải quân Nga trước năm 2020.
Hải quân Nga đang biên chế một tàu lớp Yasen mang tên Severodvinsk. Tàu dài 119 m, có giãn nước 13.800 tấn, tốc độ tối đa 57 km/h và có khả năng lặn sâu tới 600 m. Lớp Yasen được trang bị nhiều vũ khí hiện đại như thủy lôi, tên lửa chống hạm P-800 Oniks hoặc tên lửa đa năng Kalibr, cũng như nhiều loại ngư lôi hạng nặng và một số tên lửa hành trình Kh-101.
Chuyên gia quân sự Viktor Mamaykin cho rằng tàu ngầm hạt nhân đa năng thời Liên Xô thường thua kém Mỹ ở khả năng hạn chế độ ồn. Tuy nhiên, tàu ngầm lớp Yasen được thiết kế hoàn toàn mới, ứng dụng nhiều công nghệ hiện đại, có độ ồn ngang ngửa với tàu ngầm phương Tây, có thể gây ra mối đe dọa mới với các biên đội tàu sân bay Mỹ.