А тем временем в Америке полным ходом шли работы над истребителями «сотой» серии, которые по своим заявленным характеристикам превосходили МиГ-15 и МиГ-17 и не уступали только что появившемуся сверхзвуковому МиГ-19. 25 мая 1953 года совершил первый полет истребитель YF-100А фирмы Норт Америкен (будущий F-100 «Супер Сейбр»), а 24 октября в воздух поднялся опытный перехватчик с треугольным крылом Конвэр YF-102. Срочно требовалось начать разработку новых сверхзвуковых истребителей, значительно превосходящих американские машины. Ими и должны были стать новые истребители П.О. Сухого и А.И. Микояна.
Вскоре после выхода Постановления Совмина ВВС выпустили тактико-технические требования (ТТТ) на новые машины. Для фронтового истребителя задавалась максимальная скорость в 1800 км/ч, потолок 19 000 м, практическая дальность без подвесных баков – 1500 км.
Жесткий срок передачи самолета на испытания, назначенный на май 1955 года, потребовал от еще только формировавшегося коллектива ОКБ максимальной отдачи и предельной собранности, работать приходилось без передышки.
Костяк фирмы составил вновь собранный П.О. Сухим почти весь руководящий состав его бывшего ОКБ (Е.С. Фельснер, Е.А. Иванов, Н.Г. Зырин, В.А. Алыбин и др.). Часть людей была переведена в ОКБ-51 из состава упраздненного ОКБ-1 В.В. Кондратьева, а также в приказном порядке из других ОКБ МАП. Пополнился коллектив и молодыми выпускниками авиационных институтов.
Отправной точкой для будущего истребителя стал Су-17 («Р»), проектировавшийся и строившийся согласно плану опытного самолетостроения на 1948–1949 гг. Первоначально Су-17 («Р») создавался как экспериментальный самолет для достижения в установившемся горизонтальном полете скорости звука. После этого планировалось на его базе создать фронтовой истребитель. Для достижения больших скоростей Су-17 («Р») имел крыло со стреловидностью консолей по линии четвертей хорд 50°, турбореактивный двигатель A.M. Люльки ТР-3 (АЛ-3) с осевым компрессором тягой 4500 кг, стреловидное оперение, трехопорное шасси, убираемое в фюзеляж, и отделяемую кабину летчика. Предусматривалась установка двух 37‑мм пушек Н-37 с боезапасом в 80 патронов на ствол.
Самолет по вышесказанным причинам так и не поднялся в небо, но заложенные в него решения стали основой для нового сверхзвукового истребителя. Первоначально планировалось заменить крыло на еще более стреловидное и установить более мощный двигатель. Такой проект был подготовлен и даже пошел в производство. Но вскоре стало ясно, что без значительных изменений в конструкции сделать истребитель, удовлетворяющий требованиям ВВС, будет практически невозможно. Вскоре по настоянию нового начальника бригады общих видов Е.Г. Адлера (выходца из яковлевского ОКБ, впрочем, вскоре вернувшегося в родную «фирму») проект был серьезно пересмотрен. «Чистая» однолонжеронная силовая схема крыла со стреловидностью по линии четвертей хорд 60° (максимально возможное значение, рекомендованное ЦАГИ) была заменена на вариант однолонжеронного крыла с внутренним подкосом, основные опоры шасси переместили на консоли, горизонтальное оперение со стреловидностью 50° стало цельноповоротным.