В корабле «Союз-ВИ» изменилось расположение основных модулей. Спускаемый аппарат располагался теперь на самом верху. Позади кресел экипажа имелся люк для доступа к цилиндрическому орбитальному отсеку, который был больше, чем по стандарту «Союза». В отличие от других модификаций «Союза», места экипажа располагались не в ряд, а друг за другом. Это позволило разместить приборы контроля и управления по боковым стенам капсулы.
На спускаемом аппарате находилась безоткатная пушка Нудельмана, разработанная специально для стрельбы в вакууме.
Для отработки этой пушки был создан специальный динамический стенд — платформа на воздушных опорах. Испытания на стенде доказали, что космонавт мог бы нацеливать космический корабль и пушку с минимальным расходом топлива.
В орбитальном модуле имелись различные приборы для наблюдения за Землей и околоземным пространством: оптические системы, радары, фотоаппараты. На внешней подвеске орбитального модуля были закреплены штанги с пеленгаторами, предназначенными для поиска вражеских объектов.
Еще одним новшеством, примененным на «Союзе-ВИ», стала энергоустановка на базе изотопного реактора. Вначале Дмитрий Козлов рассматривал возможность использования солнечных батарей, но быстро отказался от этой идеи, поскольку батареи делали корабль уязвимым.
Рассматривался также вариант «Союза-ВИ», оборудованный стыковочным узлом, позволяющим осуществлять стыковку с военной орбитальной станцией «Алмаз».
Габариты космического корабля «Союз-ВИ»: полная длина — 8 метров, максимальный диаметр — 2,8 метра, обитаемый объем — 11 м3, полная масса — 6700 килограммов.
Уже в сентябре 1966 года была сформирована группа космонавтов, которым предстояло освоить новый космический корабль. В нее вошли: Павел Попович, Алексей Губарев, Юрий Артюхин, Владимир Гуляев, Борис Белоусов и Геннадий Колесников. Экипажи Попович-Колесников и Губарев-Белоусов должны были отправиться в космос первыми.