B-58 设计构想的演进过程
1952 年 2 月 1 日，USAF 正式提出了超音速轰炸机的需求，需要一种多用途超音速战略侦察/轰炸机，能携带 10,000 磅炸弹进行半径 5,000 英里（进行一次空中加油）的攻击，同时速度高空要超过音速，而低空则要达到高亚音速，同时飞机的尺寸要足够小，这样可以降低被雷达探测到的几率，而且空军还希望这种飞机能在 5 年内投入生产。
朝令夕改在美国也是有的。到了 2 月 26 日，要求又变了，快速完成一个既要高空高速又要适应低空高速任务的轰炸机的指标被认为是不现实的，因此目标回归了现实，不在对低空高速进行要求。经过了各级部门、兰德公司等的评审、咨询，这些要求被作为正式的性能指标在 52 年 9 月提出了，代号是 SAB-52-1，不过空军仍然希望能在 1957 年得到自己心爱的战机。
在 1952 年 2 月底，为了节约费用与时间，USAF 放弃了全面的竞争投标，只选择了波音与康沃尔的方案进行评价、对比，而且要求他们平行推进第一阶段，以实现他们之间的竞争，在 52 年秋季会提出需求共双方进行详细设计与制造模型。在 1953 年二三月间将挑选一个获胜方案。而合同的重点继续放在较小的尺寸与最高的高度与速度性能上。
由于财政紧缩，使得 USAF 同时推进两个竞争项目非常困难了，波音由于 XB-55 的取消而减缓了财政上的压力，康沃尔就没有那么幸运了。尤其到了 2 月下旬，MX-1626 项目几乎就被取消了，直到 5 月才获得了资金支持活了下来。
到了 52 年 6 月，康沃尔公司提出希望采用翼吊式的发动机布局，发动机是两台 J75-P1、两台 J67-W-1、四台 J57-P-7、四台 J73 或者两台 J77。根据官方第 34 号正式指令的要求，项目要使用系统的概念，装备、武器、电子设备、各组成部分与飞机将作为一个整体进行设计，以确保可以相互配合。到了 52 年中的时候，双方的项目的进展均比较顺利，符合系统的要求，而项目代号上也有了改变，MX-1626 变成了 MX-1964，而波音的 MX-1712 变成了所谓的 MX-1965，而 USAF 分别将 B-58、B-59 的代号分配给了双方（注意，这个时候 B-58 选手终于正式登场了）。
MX-1964 全尺寸模型，发动机是并列双发翼吊式
在 52 年夏天，空军莱特发展中心得出结论，为了降低费用，最好在设计、模型阶段之前就选择一个胜利者。而小型轰炸机的方案获得了空军委员会以及空军参谋长范登堡将军的青睐。而战略空军司令部司令梅勒将军则比较喜欢大型的大航程轰炸机。SAC 则认为单独的高性能并不能保证能完成任务，而小型的轰炸机缺乏在没有空中加油的情况下从前进基地发动攻击的航程。尽管根据 SAC 的意见，莱特发展中心推荐 USAF 将波音与康沃尔的项目直接 Pass 掉算了，而且 USAF 也认为康沃尔对于 MX-1964 项目的超音速阻力与总重的估计过于乐观，但是由于 USAF 认为波音的方案的超音速能力不足，因此认定康沃尔的方案比波音的要强些，因此 1952 年的 11 月 18 日，范登堡将军正式宣布康沃尔公司成为了最后的胜利者。1952 年 12 月 2 日，则正式宣布新的轰炸机的序号为 B-58。空军负责发展研究的副参谋长确定了时间表，在发展生产的基础上，四年采购 244 架 B-58 与 RB-58，头 30 架将用于测试，它们将在生产线上重新改进，以解决测试中所发现的问题，这个计划是基于 Cook-Cragie 理论，即跳过原型阶段。这项计划被认为是有风险的，因为这种理论只适用于那些有相当确定性的项目。同时期，康沃尔公司的 项目也是基于这种理论进行的安排。
1953 年 2 月 12 日，USAF 给了康沃尔公司用于 XB-58 以及 XRB-58 的第一阶段发展的资金，而这时，只有基本的项目概念被批准了，还没有任何的详细设计。到了 3 月 20 日，USAF 表示接受基本的设计：60 度后掠角的三角翼，其后缘有 10 度的前掠角，采用 4 台通用电气的 J79 发动机，其中两台位于机翼下方，另外两台则位于机翼上表面，采用了三名机组成员，机上装备了一门 30 毫米的机炮作为防卫武器。
GE 的 J79 发动机
虽然选择了康沃尔公司，而且接受了 MX-1964 的众多修改，在这个时候，康沃尔公司在 F-102 项目上的问题引起了 USAF 的怀疑，对于三角翼飞机的阻力的初步估计过于乐观了。NACA 的研究证明了这一点。NACA 的 R.T.惠特科姆在 1952 年 12 月提出了著名的面积律。由此产生了一个狭长的机身。此时在 NACA 和怀特空军发展中心的风洞中进行的风洞测试又让美国空军和康维尔决定将 4 台发动机安装在机翼 的吊舱下，类似于 B-47，风洞测试显示这种布局能够降低飞机重量，而且便于发动机的维修。1954 年 8 月，B-58 最终的构形选定，4 台发动机被安装在单独的发动机吊舱内，同时机身要根据面积律进行修改，而且全部燃油装载在机身内部和吊舱内，取消机翼副油箱，同时尾翼面积增加至 160 平方英尺。对于最初 30 架用于测试的 B-58，头 18 架将选择普惠的 J57 发动机，而其余的则使用 GE 的 J79-GE-1 发动机（研制代号是 J73-X24A）。
B-58 最终构型的实体模型
直到这个时候，战略空军司令部仍然不咋喜欢这个 B-58，54 年年中的时候，参谋部门已经开始实际研究将 B-58 排除出 1958~1965 年预计中的第 51 轰炸机联队了。甚至是 B-58 的狂热支持者们也担心最新配置的也可能无法满足所有的要求，不过他们仍然坚信空军即使不打算用于最初的作战目的，也应该制造这种轰炸机。到这个时候，已经有 200 万美元被烧掉了，已经有人讨论调整计划为研究发展计划，甚至把这个计划取消掉。到了 1955 年 6 月，计划调整为只购买 13 架飞机了。而到了同年的 8 月 22 日，B-58 再次咸鱼翻身了，获得了生产的许可。一个 B-58 联队将在 1960 年中期投入服役。但直到这个时候 USAF 仍没有确定这个联队的配属。