这一时期工业界在两种概念中摇摆不定，一种是安装先进雷达和远程导弹的大型双发飞机，另一种则是米格-21 尺寸的仅安装必要航电的单发轻型飞机，但能获得最高的性能和高机动性。但由于美国空军出于对洛克希德 F-104A 的不愉快经验吗，选择了双发方案。
1968 年 5 月第二轮 CFS 完成，9 月初 FX 概念研究获得授权。1968 年 9 月 30 日 8 家公司获得项目定义阶段（PDP）的 RFP，分别是麦道、波音、费尔柴尔德-共和、通用动力、格鲁曼、洛克希德、凌-特母科-沃特以及北美罗克韦尔。这次的 RFP 更加具体。规定新战斗机必须具备如下特性：低翼载，0.9M 时可做无振颤机动，高推重比，具有下视/下射功能的脉冲多普勒雷达，足以支持部署到欧洲无需空中加油的转场航程，最大速度 2.5M，双发布局的高可靠性。RFP 还规定采用单座座舱布局，因为美国空军认为随着更先进的计算机系统、雷达和电子设备的出现，已无需雷达拦截官；正常起飞重量不超过 18,144 千克，在视距内和超视距空战中都要优于任何已知或未来的苏联战斗机。
Armstrong
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费尔柴尔德-共和、麦道、北美罗克韦尔在 1968 年 12 月 30 日获得了 PDP 合同。费尔柴尔德-共和和北美罗克韦尔的方案都是单垂尾。费尔柴尔德-共和的方案发动机短舱悬吊在升力体机身下方。麦道的方案是一种大型双发双垂尾单座战斗机。
至此 F-X 已经被赋予了 F-15 的军方型号，三个竞争者正埋头苦干。
1969 年 12 月 23 日，麦道的方案赢得竞标，并获得进一步设计和研发阶段的合同，制造 20 架全尺寸发展（FSD）飞机，随后生产 107 架单座的 F-15 和双座的 TF-15。
麦道总设计师乔治·格拉夫负责监督 F-15 的主要设计工作，项目经理唐·马尔文负责组织工作并推动整个项目的前进。麦道设计团队在很早的时候就否决了可变后掠翼设计，因为其太复杂太重太昂贵，所以选择了大面积 45 度后掠角固定翼设计，同时采用先进航电以达到空军的单座要求。发动机选择了普惠的带加力涡扇发动机，两侧进气。武器为挂载在进气道两侧边角的 4 枚“麻雀”半主动制导空空导弹、挂载在机翼挂架的 4 枚“响尾蛇”红外制导空空导弹，以及右侧翼根前缘的 20 毫米 M61A1 机炮。尽管该机的首要任务是空空作战，但飞机还可挂载 3 个 2,271 升（600 加仑）副油箱或超过 4,082 千克的空地弹药。
