Машина задумывалась сравнительно недорогой, способной эффективно применяться в малых войнах, решать задачи ПВО и широко поставляться «братским» странам. Основными достоинствами самолета должны были стать высокие скорость и скороподъемность, большие дальность и продолжительность полета. Так как ведение маневренного воздушного боя не считалось приоритетным, то максимальную эксплуатационную перегрузку уменьшили до 5,0, что позволило сделать планер более легким. Таким образом, МиГ-23 в период проектирования рассматривался как ограниченно маневренный самолет, как и перехватчик МиГ-25П. Это отличало новую машину от МиГ-21, рассчитанного на максимальную эксплуатационную перегрузку 7,0-8,5 (в зависимости от модификации), и в дальнейшем создало много проблем.

Возникшие в связи с применением нового крыла трудности обеспечения устойчивости и управляемости были успешно решены специалистами ЦАГИ благодаря обнаруженному ими эффекту: аэродинамический фокус крыла при изменении угла стреловидности мало изменялся в случае, если на нем имелся корневой наплыв и было соответствующим образом подобрано место расположения оси поворота консоли. Исследования доказали возможность создания универсальной компоновки самолета, которая и легла в основу нового МиГа, а также бомбардировщика Су-24. Отработка аэродинамики МиГ-23 проводилась в аэродинамических трубах ЦАГИ Т-106М и Т-109 с использованием крупноразмерных моделей. О важности этих работ говорит тот факт, что в 1975 г. фундаментальные исследования ЦАГИ по самолетам с изменяемой геометрией крыла были отмечены Государственной премией.

Вероятно, облик нового МиГа формировался и не без западного влияния. На командование ВВС и политическое руководство страны произвели большое впечатление расчетные характеристики и многорежимность американского истребителя-бомбардировщика F-111, оснащенного крылом с изменяемой стреловидностью. Однако самолет, который создавался в ОКБ Микояна, в отличие от американской машины, оставался одноместным и имел значительно меньшую массу.

Улучшение ВПХ перспективного истребителя путем применения подъемных двигателей имело меньшее число приверженцев среди представителей науки, хотя и поддерживалось рядом авторитетных специалистов. В результате было решено параллельно с созданием истребителя с изменяемой геометрией крыла строить МиГ с дополнительными ПД.

К техническому проектированию двух вариантов МиГ-23 «второго этапа» в ОКБ Микояна приступили в 1964 г. Истребитель, оснащенный созданными под руководством П. А. Колесова двумя подъемными двигателями РД-36-35 (тяга 2350 кгс), получил обозначение «23-01» (МиГ-23ПД или МиГ-23УВП). Машина с крылом изменяемой геометрии – «23-11».

Первым 3 апреля 1967 г в воздух поднялся самолет «23-01», пилотируемый летчиком-испытателем П. М. Остапенко. Истребитель был выполнен по нормальной аэродинамической схеме с треугольным среднерасположенным крылом и цельноповоротным дифференциальным стабилизатором. Он оснащался маршевым двигателем Р-27-300 (5200/7800 кгс*), созданным под руководством Хачатурова и имеющим удельный расход топлива, на 25% меньший, чем у Р-11Ф2-300, примененного на МиГ-21. Установленные на «23-01» два ПД имели надфюзеляжный воздухозаборник и сопла со специальными решетками, позволяющими отклонять газовую струю назад на 10° и вперед на 5°, что увеличивало суммарную тягу силовой установки на взлете и тормозило самолет на посадке. Крыло оснащалось мощной системой сдува пограничного слоя. Это в сочетании с ПД должно было обеспечить машине длину разбега 180-200 м и пробега с тормозным парашютом всего 250 м. Вооружение истребителя включало двуствольную пушку ГШ-23 и две ракеты класса «воздух-воздух» средней дальности К-23Р (с радиолокационной полуактивной системой наведения) или К-23Т (с ТГС), подвешиваемые под крылом.