FS-X стал одним из первых в мире истребителей с крылом из композиционных материалов. Механизация крыла – отклоняемый носок и флапероны. Эти нововведения были призваны увеличить дальность полета самолета и улучшить взлетно-посадочные характеристики. Площадь цельноповоротного стабилизатора у FS-X стала на 20% больше, чем у F-16C, что должно было улучшить управляемость истребителя, особенно на малых скоростях. В отличие от американского прототипа, который имел цельный беспереплетный фонарь кабины летчика, на FS-X применили трехсекционный фонарь с козырьком повышенной прочности, рассчитанным на столкновения с птицами при полетах на предельно малых высотах. На переднюю часть фюзеляжа, передние кромки крыла и обечайку воздухозаборника нанесли секретные радиопоглощающие покрытия, созданные в Японии.
Предполагалось под воздухозаборником FS-X установить специальные поверхности для непосредственного управления боковой силой. У американцев эта концепция получила название CCV (Control Configured Vehicle) и отрабатывалась на самолетах F-16CCV и AFTI F-16. В Японии под эту тему построили летающую лабораторию T-2CCV. Однако дальше исследований дело не пошло, и FS-Xтакими плоскостями не был оснащен.
В мае 1990 г. начался конкурс на двигатель для FS-X. В декабре того же года был выбран турбовентиляторный двигатель General Electric F110-GE-129 с максимальной тягой 13200 кгс на полном форсаже. Лицензию на его серийное производство получила японская фирма Ishikawajima- Harima Heavy Industries. Выпуск собирались вести в широкой кооперации с американцами, которые, как и в целом по самолету, получали 40% объема работ. Предполагалось построить 200 двигателей.
Почти все БРЭО для FS-X поставляли японские компании, которые получили возможность использовать ряд американских технологий. На истребителе установили автоматическую цифровую систему управления самолетом Japan Aviation Electronics/ Bendix King, радар Mitsubishi Electric с фазированной антенной решеткой, многофункциональный дисплей Yokogawa LCD, голографический индикатор на лобовом стекле Shimadzu и систему РЭБ Mitsubishi Electric.
Основным оружием FS-X для поражения надводных целей стали ПКР Мицубиси ASM-1 (тип 80) с активной радиолокационной головкой самонаведения (полетная масса – 610 кг, максимальная дальность пуска – 50 км) или ASM-1C (тип 91, масса 560 кг, 65 км). В перспективе запланировано использовать более совершенную ракету Мицубиси ASM-2 (тип 88) с увеличенной до 150 км дальностью пуска. Для борьбы с воздушными целями самолет получил американские ракеты AIM-7F/M Sparrow и AIM-9L Sidewinder, а также японские Mitsubishi ААМ-3. Кроме того, на истребителе установили 20-мм пушку JM61A1.
Велась разработка одноместной и двухместной версий самолета. Двухместный вариант имел боевые возможности одноместного, но объем топлива во внутренних баках пришлось уменьшить до 3978 л (на одноместном – 4675 л). В кабине экипажа установили катапультные кресла ACES II.
В процессе создания FS-X возникали финансовые трудности. Уже в ноябре 1990 г. программа начала давать сбои, в основном из-за увеличения затрат на 50%. В результате сроки выполнения работ сильно растянулись, что вынудило японцев модернизировать стоявшие на вооружении самолеты F-1 и F-4J «Фантом-2».
Серийный самолет F-2B (сер. № 33-8123)
Самолет F-2A (сер. № 83-8544) из испытательного крыла ADTW
Для проведения испытаний Агентство обороны заказало два одноместных прототипа FS-X и два двухместных TFS-X, плюс два самолета для статических испытаний. Постройка первого прототипа FS-X (сер. N963-0001) была завершена 12 января 1995 г., а в воздух эта машина поднялась спустя почти 9 месяцев – 7 октября. Полет продолжительностью 38 минут состоялся на авиабазе Комаки около г. Нагой, самолет пилотировал летчик-испытатель фирмы «Мицубиси» Йошиюки Ватанабе. В феврале и апреле 1996 г. начались летные испытания обоих двухместных TFS-X (сер. №№ 63-0003 и 63-0004), а 13 декабря взлетел и второй одноместный прототип (сер. № 63-0002). В сентябре того же года правительство Японии приняло решение о серийном производстве самолета. При этом одноместный вариант получил обозначение F-2A, а двухместный F-2B. Соответственно переименовали и опытные машины: одноместные в XF-2A, а «спарки» в XF-2B.
Весной 1996 г. самолет № 63-0001 официально передали Агентству обороны. 26 марта машина вошла в состав испытательного крыла ADTW (Air Development and Test Wing), расположенного на авиабазе Гифу. Позднее туда же передали и остальные три прототипа. В декабре 1997 г. серийные номера этих самолетов были изменены в соответствии с принятой в JASDF системой. Одноместный XF-2A № 63-0001 стал № 63-8501, а двухместный XF-2B № 63- 0003 – № 63-8101 и т.д. К августу 1998 г. четыре опытных самолета налетали 600 ч (около 70% от запланированного). К тому времени в TRDI на двух статмашинах были завершены усталостные испытания (общий объем 6000 ч).