在F-X计划进行期间，NASA作为技术发展研究的先行者，也在进行相关战斗机构型研究。研究工作主要在兰利研究中心进行。当时一共提出了4个方案，包括：LFAX-4（可变翼方案），LFAX-8（LFAX-4的固定翼方案），LFAX-9（双发上单翼方案）和LFAX-10（和苏联米格-25外形相似的方案）。1967年，兰利中心发布了它们的研究成果，即LFAX-8。

　　1968年，美国国防部正式要求NASA参与F-15发展计划。促使国防部做出这个决定的关键人物是约翰.佛斯特博士，当时他正担任国防部研究工程局总监。佛斯特认为，首先NASA提出的飞机方案使得F-15采用的先进技术更加具体化，同时可以作为厂家方案的技术上限；其次NASA及其解决问题的专业意见，有助于最大限度的减小F-15发展过程中的风险和问题。此后，NASA的4个方案被进一步深入研究。合作期间，各厂商设计团队相继访问NASA，针对其各个构型的优点、缺点以及技术成熟程度进行不断改进。最终，LFAX-4方案被格鲁门公司采用，成为海军F-14“雄猫”战斗机的基础。而LFAX-8方案，则给麦.道公司设计团队留下了深刻印象，他们的设计方案选择了以LFAX-8为基础。事实上，这个方案已经具有后来F-15的部分特征了。这些特征包括：缩短动力组件长度以减轻重量；发动机安装位置前移以便平衡；采用水平调节斜板的发动机进气道，以便在大迎角下获得良好的进气性能；平尾安装在远远向后伸出的尾撑上，以获得更好的安定性和控制能力；发动机间距和整流罩经过优化设计，以减小亚音速巡航阻力。不过，麦.道设计团队也对该方案进行了修改。由于空军更加强调高亚音速机动性，麦.道的方案中机翼采用了前缘锥形扭转设计。而为了安装大型雷达天线（NASA的方案中机头整流罩太小），麦.道综合考虑之后决定采用大型机头整流罩——尽管NASA为此警告说，这种整流罩会增大飞机超音速阻力。

　　需要说明的是，最早F-X并未确定采用哪种机翼构型。但在1968年下半年伯伊德与其上级参加国会答辩时，海军已经正式确定研制可变翼的F-14。伯伊德意识到，如果F-X同样是可变翼，国会必然会以节省开支为由要求空军采购海军的F-14。于是在来不及和上司商议的情况下，在回答议员询问时抢先回答说，F-X将是一种固定翼战斗机。一句话，挽救了F-X，也确定了该机的机翼构型。

　　同年9月30日，经过长期争论之后，空军终于发布详细的F-X方案需求（RFP）。RFP指出新型战斗机应该具有低翼载、高推重比，在M0.9速度附近具有良好的机动性能；装备脉冲多普勒雷达，具有下视下射能力；足够的转场航程，可以无需空中加油自行部署到欧洲基地；最大马赫数要求达到M2.5（不过，这一条要求只在理论上达到过：由于代价高昂以及复杂性，F-X/F-15在挂弹后最大M数被限制在M1.78）；单座构型；最大空战起飞重量要求不超过18,144公斤；以及其它一些和疲劳寿命、维护性、可视性、自启动能力等相关的要求。

　　10月24日空军将F-X定名为ZF-15A。

　　到12月30日，空军F-15系统计划办公室（SPO）已经收到麦克唐纳.道格拉斯、北美.洛克韦尔和费尔柴尔德.共和三家公司的投标方案，标价均为1,540万美元。

　　这三种方案并没有显著不同，只是北美和费尔柴尔德的方案均采用单垂尾设计。其中后者得到来自长岛的国会议员的大力支持——因为该方案如果中标将在长岛生产。经过详尽的评估之后，1969年12月23日，美国空军系统司令部（AFSC）宣布麦克唐纳.道格拉斯所提出的设计方案在F-15计划竞争中获胜，成为该计划主承包商。

　　1970年1月1日，F-15发展合同（合同号F33657-70-C-0300）正式生效，麦.道开始进入全尺寸研制阶段。初始合同要求生产20架飞机用于工程发展，其中包括10架试验型F-15A（生产序列号71-0280/0289）和2架TF-15A（后改称F-15B）双座教练型（71-0290/0291），还有8架全尺寸发展型FSD飞机，全部是F-15A（72-0113/0120）。由于麦.道曾经研制过“鬼怪”战斗机，F-15早期研制工作于其中获益良多。乔治.格拉夫被任命为设计小组负责人，负责工程研制工作。项目经理唐.马文则负责处理组织工作的实际问题，并确保项目进度。

　　1971年4月8日，F-15评审工作最终完成。次年6月26日，第一架原型机YF-15A（71-0280，代号F-1）出厂。整个项目进展速度快得令人吃惊。当然，这一切很大程度上要归功于早期的大量预研工作。

　　1972年7月27日，麦.道首席试飞员欧文.L.保罗斯驾驶YF-15F-1号机从爱德华兹空军基地起飞，开始这只“雏鹰”的首次飞行。此次飞行持续时间50分钟，最大飞行高度3,658米，最大空速250节。此后，9架单座原型机（F-2/10）和2架双座原型机（TF-1/2）相继试飞。自此F-15长达30余年的辉煌历史拉开了序幕。

　　需要指出的是，在F-15的试飞过程中，遥控模型扮演了相当重要的角色。事情起因是1971年4月，负责研究发展的空军部长助理格兰特.汉森签发一份备忘录，其中提到空军当年由于失速和尾旋损失不少飞机，认为相关的研究没有跟上。此后NASA德莱登研究中心开始研究以缩比模型进行相关试飞的可行性。10月，3/8比例的F-15遥控研究机（RPRV）项目正式批准。RPRV是铝、木、玻璃纤维混合结构，重1,099公斤，价格仅25万美元，远低于一架原型机的价格（680万美元），试飞风险和效果都要优于有人驾驶飞机。

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