これらに対しマクドネル・ダグラス社案の機体は、前縁45度というそれほど大きくない後退角を持つ、広い面積の主翼を持っていた。この時、マクドネル・ダグラス社は37,500ページにも及ぶ文書を提出、設計には大型計算機を用いて数千種類の機体形状を検討していた[4]。71-0280)量産機とは主翼先端及び水平尾翼の形状が異なる1969年12月にアメリカ空軍は、マクドネル・ダグラス社と開発契約を結んだ。Malvern)が就任した[5]。セントルイスの工場では2基の空対空戦闘シミュレーターが開発され、研究に用いられた。本開発では900時間以上の設計改善が行われ、風洞実験では100種類以上の主翼形状の試験が行われた[4]。F-4は双発でありながら、片方のエンジンの被弾後に両エンジンが停止したり、火災で墜落する事例が見られた[4]。これを教訓にF-15ではエンジン間の縦通材などとして、エンジン周りにチタンを多用して耐熱性や強度を確保し、さらには消火システムを充実させ、燃料タンク配置にも配慮が払われた[6]。エンジンの開発はプラット・アンド・ホイットニーとゼネラル・エレクトリックの提案から、1970年3月にプラット・アンド・ホイットニーがF100ターボファンエンジンの開発契約を結んだ。初期推力試験は1972年3月末までに終了し、1年後には型式証明を取得するための試験を終了させた[6]。レーダーはヒューズ社とウェスチングハウス社の提案から、1970年9月にヒューズ社のAN/APG-63レーダーを選定している[6]。25mm6砲身ガトリング砲(英語版)といった新規開発の装備が選定された。AIM-97はAIM-7を凌ぐ射程と高速高機動目標への対処能力を持つことを主眼に開発されたもので、中間誘導にパッシブレーダーホーミング、終端誘導に赤外線感知を用いる複合誘導方式となっていた。第1世代では不可能な全方位照準(目標の後方に回ってエンジンの排熱を捉える必要がなく、どの方向からでも熱反応さえ捉えれば照準できる)が可能なもので、後にAIM-82はアメリカ海軍が開発を進めていた新型短距離空対空ミサイルであるAIM-95に計画を統合して開発が一本化されたため、F-15へ搭載される短距離ミサイルもAIM-95に移行された。固定武装のGAU-7は口径をそれまでの標準であった20mmから25mmとして弾頭威力が大幅に強化され、使用弾薬には薬莢を持たないケースレス弾薬方式を用いた先進的なものであった[7]。AIM-97、AIM-95共に技術的・予算的な面から最終的には計画中止となり、開発によって得られた新基軸を採り入れた暫定新型として既存の空対空ミサイルの改良型が開発されることになり、F-15の搭載する空対空ミサイルもAIM-7とAIM-9の改良型に落ち着いた。20mmガトリング砲を採用することとなった[6]。これらの経緯から「最新技術を盛り込んだ新開発の武装を搭載する」という当初の計画は大きく修正されたが、それであってもF-15が高い空対空戦闘能力を持つことには変わりなかった。F-14とF-15の比較検討を行い、F-14はF-15の任務をすべて果たせるが、F-15はF-14の任務をすべて果たすことはできないとF-15が劣ることを指摘し、空軍・海軍共に同じ機種を採用すべきとの意見が挙げられた。これに対し空軍は、F-14は艦隊防衛に特化した機体であり、F-15は機動性の高い制空戦闘機であると反論した。アメリカ国防総省内部からはF-15を基本とした海軍型(艦上戦闘機)のF-15Nの検討を指示する動きもあった[6]。開発にあたり当初12機、1972会計年度で8機の前生産型を発注し、それぞれ以下のような作業や試験が割り当てられた。