Предложенный в ГКАТ проект был представлен в двух вариантах: самолет разведчик Т-4А с взлетной массой 100-110т, сверхзвуковой крейсерской скоростью полета 3000-3200 км/ч, практической дальностью полета до 6000 км, максимальной дальностью с подвесными топливными баками до 7000 км и высотой полета 20-24 км и вариант самолета-носителя системы К-30, практический радиус действия которой должен был составлять 4000 км, включая дальность ракеты Х-30 - 400- 500 км, а также вариант самолета-носителя средств активных и пассивных помех системе ПВО противника - Т-4Б. Для самолета Т-4А предполагалось использовать на 1-м этапе (четвертый квартал 1964 г.) двигатель Р-15БФ-300 разработки конструкторского бюро С.К. Туманского (ОКБ- 300), а для 2-го этапа (четвертый квартал 1965 г.) планировалось применить новые двигатели: АЛ- 19 (ОКБ-165) А.М. Люльки и РД17-117Ф (ОКБ-117) С.П. Изотова соответственно. Кроме того, планировалось поручить ОКБ завода №51 (ОКБ П.О. Сухого) разработку новой сверхзвуковой ракеты Х-30 с дальностью полета 400-500 км со сроками начала заводских летных испытаний в первом квартале 1965 г. Параллельно заводу им. С.А. Лавочкина, где генеральным конструктором был М.М. Пашинин, поручалось для системы К-30 по техническим условиям завода №51 разработать крылатую сверхзвуковую ракету Х-31 с дальностью полета 1500-2500 км со сроками начала заводских летных испытаний в первом квартале 1965 г. и эскизный проект самолетной баллистической ракеты ХБ-32 к январю 1965 г.
В ОКБ П.О. Сухого под руководством заместителя генерального конструктора Наума Сергеевича Чернякова началась разработка проекта ракеты Х-30. Разрабатывалось два варианта ракеты с различными вариантами оперения. Была сделана модель в масштабе 1:12,5, которая продувалась в аэродинамической трубе ЦАГИ Т-113. Для выполнения боевой задачи ракета Х-30 должна была иметь большую скорость и возможность на длительном участке полета действовать автономно. Отсюда было понятно, что скорость ракеты должна быть не менее 3000 км/ч, и она должна была иметь на борту инерциальную систему навигации, а также обладать возможностью самостоятельного выбора цели. Работы по ракете Х-30 проводились до 1963 г., после чего работы по ней были закрыты. Научно-технический задел, полученный в ходе работы над проектом Х-30, был в дальнейшем использован при проектировании изделия Х-33.
В конце первого квартала 1962 г. начались продувки моделей и элементов конструкции самолета в ЦАГИ. Если выбор аэродинамической компоновки ("утка" с ПГО) был сделан сразу, то с расположением мотогондол двигателей и поиском отвечающего требованиям воздухозаборника дела обстояли куда сложнее. В частности, на разработку воздухозаборника были затрачены очень большие усилия и проведены испытания более двадцати разных моделей в аэродинамических трубах ЦАГИ (СВС-2 и других).