В 1951 году в ОКБ приступили к разработке эскизного, а затем и рабочего проекта двигателя. Ему был присвоен индекс ВК-3. Ведущим конструктором стал Сергей Васильевич Люневич.

Конструктивно двигатель ВК-3 состоял из 10-ступенчатого осевого компрессора с двумя первыми сверхзвуковыми ступенями, кольцевой камеры сгорания, осевой трехступенчатой турбины, двенадцати труб второго контура, камеры смешения и форсажной камеры с регулируемым сверхзвуковым соплом. За первыми двумя ступенями компрессора производился отбор воздуха во второй контур и трубами передавался в камеру смешения.

Степень двухконтурности изменялась по режимам работы двигателя: максимальная двухконтурность (около 0,5) – на крейсерском режиме, где требовалась максимальная экономичность, и минимальная двухконтурность (около 0,25) – на максимальном режиме, на котором достигается наибольшая скорость полета и производится взлет. Смешение потоков первого и второго контуров регулировалось изменением соотношения площадей входа в камеру смешения. В компрессоре имелся двухпозиционный регулируемый входной направляющий аппарат, используемый при запуске двигателя. Для беспомпажного прохода низких оборотов имелся регулируемый направляющий аппарат восьмой ступени и перепуск воздуха в атмосферу за восьмой ступенью компрессора. Такая механизация компрессора в то время была новшеством.

Двигатель ВК-3 предназначался для высотного сверхзвукового истребителя И-3 (И-380) конструкции Микояна, который начал строиться в июне 1953 года. Однако этому истребителю не суждено было подняться в воздух…

На двигателе ВК-3 был установлен регулятор поддержания постоянной температуры перед турбиной на форсажном режиме, действующий путем изменения подачи топлива в форсажную камеру. Двигатель был снабжен противо-обледенительной системой – подачей горячего воздуха для обогрева носков лопаток и входного устройства. В двигателе были применены новые для того времени сверхзвуковые ступени компрессора, изготовленные из титанового сплава. Применение титана имело большие преимущества в обеспечении прочности дисковых замков и самих дисков, а также давало ощутимый выигрыш в массе. Проектирование и профилирование сверхзвуковых лопаток было совершенно новым делом для специалистов ОКБ (и не только для них, но и для всех остальных ОКБ и ЦИАМ).

Вопросы проектирования, профилирования и прочности решались конструкторами и прочнистами под руководством С. А. Кирзнера, В. И. Образцова и Р. Б. Скворцова. Вопросы обработки титановых лопаток – под руководством главного металлурга А. В. Коробкова и главного технолога А. Т. Кладовщикова. Проблемами отработки масляной системы и системы суфлирования при полетах на больших высотах занимались М. У. Анцелович, Т. В. Дудников, Л. Л. Гружевский, приводами агрегатов – В. Е. Формозов, В. П. Сорогин, А. В. Чигиринов.

Сложной проблемой, требующей проведения экспериментально-расчетных работ, оказалась отработка процесса смешения потоков контуров при разных режимах работы двигателя. От смешения потоков сильно зависела эффективность работы форсажной камеры.