Người Mỹ bắt tay vào chế tạo tiêm kích thế hệ 4 từ năm 1968, sớm hơn Liên Xô. Hiệu quả thấp của tiêm kích F-4 Phantom trong chiến tranh ở Việt Nam đã làm họ thất vọng.

Vào tháng 8 năm 1968, một yêu cầu đề xuất (Request For Proposal/RFP) mới đã được chuẩn bị cho một máy bay tiêm kích một chỗ ngồi có trọng lượng cất cánh tối đa 18.000 kg để đảm trách vai trò không chiến với tốc độ lớn nhất Mach 2,5 và tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng gần 1:1.

Máy bay được trang bị 2 động cơ nhằm đáp ứng thay đổi lực đẩy nhanh chóng hơn và có thể cung cấp sự tương đồng với chương trình VFX của Hải quân Mỹ.

Tuy nhiên, chi tiết của hệ thống điện tử hàng không phần lớn là không xác định, vì nó không rõ ràng để chế tạo một máy bay lớn với radar mạnh mẽ có thể phát hiện địch ở phạm vi xa hơn, hoặc một máy bay nhỏ hơn khiến cho radar đối phương khó phát hiện nó.

Bốn công ty đệ trình đề xuất, Không quân đã loại bỏ General Dynamics và trao hợp đồng cho Fairchild Republic, North American Rockwell và McDonnell Douglas cho giai đoạn định nghĩa vào tháng 12 năm 1968. Các công ty nộp bản thiết kế kỹ thuật vào tháng 6 năm 1969.

Không quân Mỹ tuyến bố McDonnell Douglas là người giành được hợp đồng vào ngày 23/12/1969. Bản thiết kế kỹ thuật của McDonnell thắng cuộc có mã là 199B do McAir (một nhánh của McDonnell Douglas) thiết kế.

Bản thiết kế kỹ thuật 199B là kết quả của sự cố gắng trong 2,5 triệu giờ làm việc, với khoảng 37.500 trang giấy đề xuất.

Công việc thiết kế của Mc Air và nỗ lực phát triển tiếp theo được dẫn dắt bởi tổng giám đốc Donald Malvern, trưởng phòng thiết kế của McAir, George Graff, với người hỗ trợ là Bob Little, kỹ sư và nguyên trưởng phi công thử nghiệm.

Nguyên mẫu F-15 đầu tiên, F-15A-1-MC (71-0280) được đưa ra khỏi nhà máy St.Louis của McAir vào ngày 26 tháng 6 năm 1972. Vào thời điểm này, chương trình theo cơ bản là đúng tiến độ, với mức chi phí bỏ ra thấp hơn so với mục tiêu đề ra.

Mặc dù khung thân và hệ thống điện tử đã đúng tiến độ, nhưng động cơ vẫn còn trong quá trình nghiên cứu.

Tổng chi phí bỏ ra cho chương trình F-15 trong năm 1969 là 77,5 triệu USD, với 174,9 triệu USD trong năm 1970; 349,5 triệu USD trong năm 1971; 420,5 triệu trong năm 1972 và 454,5 triệu USD trong năm 1973. Đó là chi phí nghiên cứu và phát triển, cộng thêm 421,6 triệu USD để sản xuất 30 máy bay đầu tiên.

Sau khi lăn bánh ra khỏi St. Louis, nguyên mẫu F-15A-1-MC đầu tiên được tháo ra và vận chuyển đến căn cứ Không quân Edward bằng máy bay vận tải Lockheed C-5A Galaxy.

Sau đó nó được lắp ráp lại, thử nghiệm hệ thống và thực hiện chuyến bay đầu tiên kéo dài 50 phút vào lúc 8h21' ngày 27 tháng 7 năm 1972, do trưởng phi công thử nghiệm của McAir tên là Irving. L. Burrows điều khiển.

Trong chuyến bay này, nguyên mẫu F-15A-1-MC đạt trần bay 3.657 m với tốc độ 515 km/h. Chỉ trong tuần đầu tiên, nó đã có số giờ bay là 4 giờ 48 phút, tốc độ tối đa đạt được là Mach 1,5 ở độ cao 13.716 m.

Trong 2 tháng tiếp theo, Irving. L. Burrows và Peter Garrison đã có tổng số giờ bay với F-15A-1-MC là 40 giờ. Chuyến bay thứ 1.000 hoàn thành vào tháng 8 năm 1973, trong chuyến bay này F-15A-1-MC đạt tốc độ Mach 2,3 ở độ cao 18.288 m.