Толчком к началу работ над новым перехватчиком послужил очередной виток гонки вооружений. Состоявшие в 50-х годах на службе советской ПВО самолеты МиГ-17ПФ, МиГ-17ПМ (ПФУ), МиГ-19ПМ и Як-25 не могли достать американский высотный разведчик U-2, частенько и, главное, безнаказанно посещавший наше небо. Только появление в СССР ракетного зенитного комплекса С-75, ракетой которого в мае 1960 г. в районе Свердловска сбили обнаглевшего янки, заставило американцев форсировать работы по созданию более скоростной и высотной техники — разведчика SR-71. Кроме того, в США начался серийный выпуск сверхзвуковых бомбардировщиков В-58 «Хаслер» и проектирование В-70. Невиданные темпы в создании все новых и новых видов бомбовых и ракетных вооружений, причем обеими сторонами, требовал изготовления, с одной стороны, — носителей, и с другой, — перехватчиков, способных не допустить удара по своей территории.
Опыт проектирования и испытаний перехватчиков Е-150 и Е-152 как нельзя лучше пригодился конструкторам микояновского КБ при создании высокоскоростного перехватчика, т. е., можно сказать, технические предпосылки к 1960 г. существовали. К моменту, когда ОКБ А. И. Микояна официально поручили создание скоростного многоцелевого самолета, облик новой машины уже существовал в прорисовках. Но основной вал работ, конечно же, начался с официального открытия программы.
Существует такая версия. В 1959 г. А. И. Микоян, только что вернувшийся с авиационной выставки в Ле-Бурже, предложил встреченному им случайно в коридоре ведущему конструктору ОКБ Я. И. Селецкому «нарисовать перехватчик по типу «Виджилента». Только для полетов со скоростью 3000 км/ч и без особых «мудростей» с механизацией крыла…» Таким образом Микоян дал «зеленый свет» разработке, о которой, по правде говоря, он знал еще до своей поездки во Францию. Кроме него с неофициальными «прикидками» по типу «Виджилента» был знаком в КБ и начальник бригады проектов Р. А. Беляков. Трудно предположить, что Микоян был не в курсе, ибо к разработке компоновки привлекались, помимо отдела проектов, и другие основные подразделения ОКБ.
Спустя совсем короткое время после начала проектирования стала очевидной глобальность предстоящих работ: надо было разработать и создать все принципиально новое — от методов конструирования и технологии производства до концепции применения.
Военные сразу Же заинтересовались проектом: ПВО требовался скоростной высотный перехватчик, а ВВС — новый разведчик и самолет- носитель баллистической ракеты. Заложенные в проекте тактико-технические данные (скорость М=3 и потолок 20 ООО м) позволяли сделать и перехватчик, и разведчик на основе единой конструкции.
В 1960 г. было принято принципиальное решение, а в феврале 1961 г. вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР, согласно которому ОКБ А. И. Микояна поручалась разработка самолета Е-155 в вариантах перехватчика (Е-155П) и разведчика (Е-155Р). На каждую из модификаций самолета военные выдали свои тактико-технические требования. 10 марта генеральный конструктор А. И. Микояном издал приказ по ОКБ о начале проектирования.
Работа над проектом закипела с большим энтузиазмом. Достаточно скоро появилось несколько компоновок фюзеляжа с двумя двигателями. Из многих вариантов расположения двигателей в конце концов остановились на проверенной и наиболее оптимальной схеме — рядом. Влияла ли на конструкторов компоновка «Виджилента», но они отказались от традиционного для фирмы лобового воздухозаборника и круглого сечения фюзеляжа и приняли схему «американца».
Несмотря на футуристическую задачу, с выбором силовой установки проектировщики решили не рисковать. В то время Рыбинское КБМ под руководством П. А. Колесова и ОКБ А. М. Люльки готовило мощные двигатели, однако у первого они (ВД17-16) существовали в единичных экземплярах и предназначались для тяжелых сверхзвуковых опытных бомбардировщиков, а у второго — вообще находились еще в стадии начального проектирования. И выбор пал на проверенный при испытаниях самолетов семейства Е-150/Е-152 турбореактивный двигатель PJ5R300K, созданный под руководством А. А. Микулина и его помощника С. К. Туманского и представлявший собой развитие более раннего изделия «15К», предназначавшегося для беспилотного ЛА. Довольно быстро двигателисты доработали компрессор, камеру сгорания, форсажную камеру, спроектировали новое сопло с регулируемым проходным сечением и т. д. — в общем сделали все, Чтобы двигатель подошел к самолету.
Все нововведения тут же проверялись в полете на машинах Е-150 и Е-152. Кроме того, использование этих опытных самолетов позволяло накопить опыт по обеспечению устойчивости и управляемости на больших скоростях, по расчету кинетического нагрева конструкции. На них же отрабатывались аналоговые БВМ, средства связи и государственного опознавания, системы радионаведения, аварийного покидания, кондиционирования и др.