Второго ноября этот план был одобрен Комитетом систем оружия ВВС США, и "Dyna-Soar" получил официальное обозначение "WS-620A". Еще через неделю проект, представленный авиакомпаниями "Боинг" ("The Boeing Company") и "Ченс-Воут эйркрафт" ("Chance Vought Aircraft"), был объявлен победителем конкурса космоплана, а фирма "Мартин" ("The Glenn L. Martin Company") получила контракт на доработку ракеты "Titan" для пилотируемого полета. ВВС заказали десять экземпляров "Dyna-Soar": поставку двух "изделий" ожидали в течение 1965 года, четырех — в 1966 году, еще двух — в 1967-м. Оставшиеся два планера предполагалось использовать для статических испытаний и беспилотных сбросов с ракеты-носителя.

Формирование технического облика "Dyna-Soar" продвигалось очень тяжело. Даже после выбора фирм-разработчиков на доводку проекта ушло два года. Был даже учрежден специальный комитет для сравнения предложений, касавшихся определения облика будущей военно-космической системы. Окончательный вариант сложился в результате более чем 14 тысяч часов "продувок" в различных аэродинамических трубах. Он имел дельтавидное крыло с концевыми шайбами вертикальных стабилизаторов и фюзеляж со слегка приподнятой и закругленной носовой частью. Аппарат предполагалось изготовить из экзотического сплава rene-41 на основе никеля (из него, кстати, была сделана и наружная обшивка космического корабля "Mercury"). Передние кромки крыла закрыли "черепицей" из сплава молибдена, которая могла выдерживать температуру до 1650 °C. Отдельные места аппарата, которые при входе в атмосферу нагревались до 2400 °C, могли быть защищены армированным графитом и цирконием.

До весны 1961 года был выполнен колоссальный объем работ в области конструкции и аэродинамики аппарата. Свыше 1600 инженеров, занятых в проекте, разрабатывали различные механические, гидравлические и электронные системы. К тому времени "Боинг" заключил контракты с рядом фирм на разработку специализированного оборудования. К примеру" компании "Тиокол" ("Thiokol Chemical Company") было предложено создать небольшой твердотопливный двигатель для дополнительного разгона космоплана после прекращения работы последней ступени ракеты-носителя или для отделения аппарата в случае аварии на старте.

Поскольку большая часть агрегатов посадочного шасси была расположена в "горячей" зоне конструкции, применить обычные резиновые колеса и гидропневматические амортизаторы было невозможно. Разработчики снабдили основные опоры шасси убирающимися лыжами с проволочными щетками, а носовую опору — металлокерамической "тарелкой". Космоплан должен был совершать посадку на лыжи с большим углом атаки — при потере скорости нос аппарата опускался, и он останавливался, опираясь на все три поверхности трения.

Большой проблемой стал поиск металлических материалов нужного качества. Многие жаропрочные сплавы никогда не производились в больших количествах или в таком виде, как это было нужно для изготовления конструкции "Dyna-Soar". Кроме того, возникли трудности при сварке, резании и ковке. Соединение с помощью заклепок, болтов и винтов также нужно было приспособить к новым материалам. Специалисты "Боинга" продолжали исследования сплавов ниобия и молибдена в течение нескольких лет. Например, было установлено, что на образце из сплава ниобия, помещенном в поток горячего воздуха, образуются желто-белые окислы, которые плавятся при температуре 1454 °C, при этом основной металл раскаляется и быстро разрушается. Если же нагреть до такой же температуры молибденовый сплав, он начинает выделять белый дым, а скорость разрушения металла даже выше. Решение проблемы нашли в разработке стойкого к окислению покрытия "Synar I" ("дизил") на основе карбида кремния, которое наносилось поверх металлической конструкции и придавало планеру "Dyna-Soar" характерный черный цвет.

Кабина космоплана также оказалась "крепким орешком" и потребовала новых решений. Например, нужно было найти способ разместить широкое остекление внутри каркаса, учитывая неизбежные температурные и механические деформации частей конструкции, расположенных вокруг. Поскольку эффективной защиты от нагрева для трех передних окон не нашлось, конструкторы вынуждены были применить щит-обтекатель из ниобиевого сплава D-36. После того как температура при возвращении в атмосфере снижалась до приемлемой величины, щит, закрывающий передние окна, сбрасывался, чтобы обеспечить хороший обзор. В том случае, если обтекатель по каким-то причинам не сбрасывался, пилот должен был сажать аппарат, используя только боковые окна. Это было непросто, но испытания, проведенные Нилом Армстронгом в полете на модифицированном самолете "F-5D" с имитацией фонаря кабины "Dyna-Soar", показали, что такое необычное приземление возможно.

К лету 1961 года инженеры "Боинга" и "Ченс-Воут эйркрафт" добились немалых успехов в разработке планера "Dyna-Soar". В сентябре представители ВВС и НАСА осмотрели полноразмерный макет. Тогда же было решено оснастить аппарат системами для много-виткового орбитального полета, в частности — более сложной системой наведения и тормозной двигательной установки для схода с орбиты. Специалисты изучили два варианта: размещение небольшого тормозного двигателя в хвостовой части аппарата и создание новой верхней ступени. Второй вариант сулил в будущем возможность достижения космопланом более высоких орбит, поэтому на нем и остановились.

Космический рейс Юрия Гагарина 12 апреля 1961 года опять спутал планы американцев. Четвертого мая "Боинг" предложил изъять из программы испытаний суборбитальные "прыжки" как утратившие смысл. Заказчик поддержал эту идею, и первый беспилотный орбитальный полет на ракете "Titan IIIС" ("Титан-З-Си") был назначен теперь на ноябрь 1964 года, а первый пилотируемый — на май 1965 года.

Интересно, что в это время фирма "Боинг" приступила к исследованию вопроса о создании на базе боевого космоплана "Dyna-Soar" пассажирского космического корабля. В штатной конфигурации "Dyna-Soar" был одноместным, но за пилотской кабиной располагался довольно большой приборный отсек. На начальном этапе летных испытаний он служил для размещения регистрирующей аппаратуры, соединенной с множеством (750 штук!) датчиков. Однако разработчики полагали, что, как только этап экспериментов закончится и начнутся эксплуатационные полеты, вся эта аппаратура будет удалена, а приборный отсек превратится в грузовой или пассажирский. Причем в компактный корпус "Dyna-Soar" можно было бы впихнуть шесть человек: одного — в кабину пилота, четверых — в пассажирский отсек, и еще одного — в хвост. Все члены экипажа должны были находиться там в скафандрах. Планировалось, что в пассажирском варианте "Dyna-Soar" можно будет использовать как "челнок" для смены экипажа и снабжения долговременной орбитальной станции.

Отказ от суборбитальных испытаний позволил сжать график работ над проектом, и, согласно плану, утвержденному в декабре 1961 года, серию из восьми одновитковых космических полетов собирались начать через три года. Пуски должны были осуществляться с нового комплекса LC-40 на мысе Канаверал носителем "Titan IIIС". Как и раньше, два первых старта предполагалось сделать беспилотными, а первый пилотируемый рейс намечался на май 1965 года. Девятый полет в июне 1966 года должен был продемонстрировать выход на высокую орбиту, а многовитковые миссии с десятой по восемнадцатую — возможности по инспекции спутников и орбитальной разведки.