Вторым важнейшим фактором, отразившимся на облике истребителя, было его необычайно мощное вооружение. ПФИ должен был нести 2-4 ракеты большой или средней дальности, 4-6 ракет малой дальности и пушку. Если перехватчику предыдущего поколения для обороны объекта над своей территорией было достаточно всего 2-4 ракет (он мог выпускать их даже в одной атаке, после чего его заменяли бы свежие силы), то ПФИ предстояло «играть на выезде», где численное превосходство изначально будет у противника и может возрастать по ходу боя. Предполагалось, что новый самолет получит РЛС с фазированной антенной решеткой и перспективные ракеты большой дальности К-33, средней К-25 и малой К-14. В качестве резерва рассматривался вариант с РЛС «Сапфир-23МР» на базе станции, стоявшей на МиГ-23МЛ, которая обеспечивала применение серийных ракет P-23P/T.
Основываясь на этих рассуждениях, а также стремясь к получению минимального сопротивления самолета в широком диапазоне чисел М, осенью 1969 г. Антонов выполнил первые эскизы его общего вида, применив интегральное сопряжение крыла с фюзеляжем, боковая проекция которого представляла собой деформированный крыльевой профиль. Двигатели он разместил в раздельных отсеках, воздухозаборники которых находились под развитыми корневыми наплывами крыла. Большая часть площадей поперечных сечений самолета находилась ниже крыла, что способствовало возникновению над ним интенсивного разрежения и повышению подъемной силы – это соответствовало требованиям так называемого дифференциального правила площадей. Компоновка истребителя, получившего фирменный шифр Т-10, получилась необычно красивой. Однако в ЦАГИ проект не встретил поддержки, а это учреждение на данном этапе играло первую скрипку. Там продвигали свою концепцию ПФИ на базе компоновки МиГ-25. Под нажимом министерства ОКБ Сухого проработало и такой вариант, названный Т10-2.
В 1971 г., как только процесс согласования требований к ПФИ завершился, министерство официально объявило конкурс на создание нового истребителя. ОКБ А.И. Микояна подготовило проект МиГ-29, А.С. Яковлева – Як-47, а истребитель П О. Сухого, представляемый как в исходном варианте Т10-1, так и в варианте Т10-2, получил наименование Су-27. В середине 1972 г. итоги конкурса подвели и победителем объявили проект Т10-1.
«Самолет изменяемой компоновки»
Эскизное проектирование ПФИ было поручено бригаде Л. И. Бондаренко, но к тематике постепенно подключались другие подразделения. Главным конструктором по самолету стал Н.С. Черняков, а на уровне руководства тему курировал первый зам Сухого Е.А. Иванов. Работа началась с углубленного анализа уже существовавших схем истребителя и создания новых, в большей или меньшей степени отражавших влияние ЦАГИ. За короткое время было выполнено столько вариантов общего вида, что Т-10 получил прозвище «самолет изменяемой компоновки». Каждый из вариантов просчитывался, из них выбирались лучшие и продувались в аэродинамических трубах. Круг поиска постепенно сужался, пока не замкнулся на компоновке, напоминавшей первый общий вид образца 1970 г., но все же представлявшей собой компромиссное решение.
Основными направлениями исследований были: определение оптимальной геометрии корневых наплывов, компоновка оперения, обеспечивающего заданные характеристики устойчивости на всех режимах полета, поиск путей дальнейшего повышения маневренности. Одним из таких путей стало деформирование срединной поверхности крыла, что позволило значительно повысить не только подъемную силу, но и аэродинамическое качество. Так, на основных режимах боевого маневрирования качество деформированного крыла с наплывом в 1,5 раза превысило показатель традиционного крыла. Применение средств механизации крыла еще более улучшило несущие свойства. При этом пришлось разрабатывать систему управления механизацией, способную выбирать углы ее отклонения в зависимости от меняющихся условий полета. Сознательное использование вихревой системы, генерируемой наплывами, дало возможность летать на невиданных ранее углах атаки. Однако при достижении больших углов давление в вихрях начинает пульсировать, и возникает тряска, при которой истребитель еще не сваливается, но летчик уже не может выполнять прицельную стрельбу. Поэтому в ходе проектирования маневренного самолета необходимо точно знать границы возникновения тряски, затянуть ее начало и ограничить интенсивность. Решить эту сложнейшую задачу позволила серия модельных экспериментов, для которых использовалась аэродинамическая труба Т-203 в СибНИИА.