Одним из важнейших решений, определивших облик самолета, стал предложенный О.С. Самойловичем для истребителя вариант т.н. «интегральной» компоновки. Эта рекомендация родилась под явным влиянием удачного компоновочного решения, реализованного ранее в аванпроекте сверхзвукового стратегического бомбардировщика Т- 4МС («изделие 200»), разработка которого осуществлялась в это время в бригаде проектов ОКБ. Кстати, Олег Сергеевич при проектировании Т-4МС отнюдь не сразу оценил эту новую идею: «… Главная особенность этой компоновки состояла в отсутствии фюзеляжа, его заменил несущий центроплан, сформированный крыльевыми профилями, к которому присоединялись поворотные консоли. Когда Л. Бондаренко показал мне эту компоновку, я ее не воспринял: "Леня, ты в своем уме?" Вот так заговорили во мне традиции и консерватизм». Зато П.О. Сухой сразу оценил преимущества новой компоновки, и вскоре они были фактически подтверждены результатами продувок в АДТ ЦАГИ, где для построенной модели Т-4МС было получено невиданное для боевого самолета значение качества Ктах=17,51 Основные принципы компоновок интегральных схем были защищены в ОКБ авторскими свидетельствами в июле и в августе 1969 г.
По воспоминаниям В.И. Антонова: «В декабре 1969-го Олег Сергеевич предложил обратить внимание на аэродинамическую компоновку "двухсотки" – стратегического двухрежимного ударного самолета, проект которого в то время разрабатывался в нашей группе. Конечно же, прямое заимствование технических решений с бомбардировщика, линейные размеры которого в 2,5-3 раза превосходили истребитель, было невозможно, однако основные составляющие аэродинамической компоновки этого самолета – формирование несущего фюзеляжа (центроплана) продольным набором крыльевых профилей, интегральность поперечных сечений фюзеляжа, размещение двигателей в изолированных гондолах под несущей поверхностью заслуживали пристального внимания.
Появившиеся вскоре в открытой печати материалы по компоновке палубного истребителя ВМФ США F-14 подтвердили правильность выбора аэродинамической компоновки истребителя с несущим фюзеляжем и с двигателями, расположенными в изолированных гондолах».
Другим важным решением, которое оказало существенное влияние на компоновку истребителя, стало предложение О.С. Самойловича об использовании «синусоидального» крыла: «В начале 1960 г. в английском журнале "Aircraft Engineering" были приведены результаты продувок такого крыла в аэродинамических трубах, причем с визуализацией его обтекания, которые показали, что на синусоидальном крыле с острой кромкой возникает присоединенный вихрь, практически не отрывающийся до самых концевых сечений».
В результате последующих изысканий, к началу 1970 года В.И. Антонов выполнил большой объем проработок отдельных фрагментов аэродинамической и конструктивно-компоновочной схем истребителя. Были сделаны и первые попытки объединения этих фрагментов в единую компоновку. В январе 1970 года состоялся прорыв: в основных положениях был отработан вариант аэродинамической компоновки, в котором удалось удачно совместить все ранее найденные компоновочные решения. По воспоминаниям О.С. Самойловича: «В выходные (чтобы никто не мешал) на работу вышли три человека: Владимир Антонов, Валерий Николаенко и я. Так появилась на свет первая компоновка самолета Т-10 – будущего Су-27. При этом под влиянием самолета Т-4МС вся поверхность новой машины выполнялась набором деформированных аэродинамических профилей, а потом на нее надстраивалась головная часть фюзеляжа и подвешивались мотогондолы. Такая компоновка получила название "интегральной". Антонов и Николаенко проводили необходимые расчеты и прорабатывали наиболее ответственные узлы, а я вычерчивал компоновку».
В.И. Антонов уточняет: «В один из январских дней, в конце рабочей недели Олег Сергеевич предложил мне, В.А. Николаенко и Л.И. Бондаренко вместе поработать в выходные дни и посмотреть, что у нас получится с формированием компоновки истребителя. Валерий Александрович Николаенко в то время руководил в бригаде проектов работами по Т-6, а Леонид Иванович Бондаренко – по «сотке». Наработанного мной материала оказалось достаточно, чтобы отобрать наиболее интересные технические решения и сформировать из них компоновочную схему нового истребителя. Решения, принятые в те январские дни, легли в основу первой интегральной компоновочной схемы истребителя, которая официально была выпущена в феврале 1970 года».