В 1957 году поднялся в небо вертолет-гигант Ми-6 с переделанным для вертолета самолетным турбинным двигателем конструкции Соловьева. Так было и при модернизации вертолета Ми-4: был переделан в вертолетный вариант выпущенный для самолетов турбовинтовой двигатель АИ-24 мощностью 1900 л.с. конструкции А. Г. Ивченко.

Успех Ми-4 позволил с использованием той же несущей системы перейти к созданию вертолетов второго поколения с турбовинтовыми двигателями. Вместо 1,6 т (16 десантников) на расстояние 400 км теперь можно было перевезти 2,5–3 т груза или 25–28 десантников. Для этого необходимо было увеличить фюзеляж вертолета, его энерговооруженность. Чтобы убедить военных заказать такой вертолет и получить финансирование, М. Л. Милю пришлось прибегнуть к хитрости: представить проект как модернизацию вертолета Ми-4 с газотурбинной установкой. При этом несущая система, рулевой винт и большинство других агрегатов оставались неизменными.

Специалисты ЦАГИ предлагали создавать военно-транспортную машину по продольной схеме, как это делали американцы. М. Л. Милю пришлось бороться на два фронта: убеждать и ЦАГИ, и военных. Военные настаивали на создании вертолета типа S-61, а ЦАГИ — типа V-107. Миль был вынужден согласиться на однодвигательный вариант прототипа В-8 (Ми-8).

Конструктор полагал, что со временем «вертолеты будут в большей степени использоваться для транспортных целей, в связи с чем установятся некоторые определенные типы или, вернее, классы машин, как это имело место в автотранспорте. Только освоенные или доведенные образцы того или иного класса будут затем приспосабливать и для выполнения дальнейших специальных задач, подобно тому, как освоенный тип автомобиля приспосабливается для перевозки молока или уборки улиц». По замыслу М. Л. Миля, будущий вертолет Ми-8 должен был на внутренних авиалиниях заменить легкие самолеты, доставляя пассажиров на расстояния до 400 км, или в военном варианте перевозить взвод из 24 десантников с вооружением. Время показало, что М. Л. Миль угадал наиболее востребованный в практической жизни типоразмер вертолета среднего класса, способного поднимать груз весом 3 т, перевозить 25–30 человек. Удачно выбранными оказались также внутренние размеры грузовой кабины: высота 1,8 м, ширина 2,3 м, длина 5,34/6,36 м. Человек среднего роста спокойно, не нагибаясь, входил внутрь салона. Высота хвостовой балки была достаточной для проезда внутрь грузовой кабины автомобиля. Легкие откидывающиеся створки и откидывающийся трап облегчали въезд. Вместительная и удобная грузовая кабина обеспечила успех вертолета при выполнении специальных работ в различных областях народного хозяйства.

Начальник отдела весов ОКБ Владимир Вячеславович Кронштадтов вспоминал, что «проектирование вертолета началось в 1957–1958 годах, задолго до изготовления турбовинтового двигателя и утвержденного заказчиком задания. Делали предварительные расчеты при разных мощностях двигателя, выбирали диаметр несущего винта, длину хвостовой балки. Считали весовые характеристики до начала эскизного проектирования — выбирали вариант при наибольшей весовой отдаче. Аэродинамики рассчитывали тягу. В то время конструкторское бюро разрабатывало также вертолет Ми-6 с двумя турбовинтовыми двигателями. Методика аэродинамических расчетов была усовершенствована в процессе испытаний вертолета Ми-6. Прежнюю методику расчета по классической теории Глауэрта было невозможно применить из-за больших окружных скоростей лопасти и скоростей полета. Следует отметить, что все достижения конструкторского бюро Миля были использованы при проектировании вертолетов второго поколения Ми-2 и Ми-8».

Конструкторское бюро, занятое разработкой тяжелых вертолетов Ми-6 и Ми-10, долго не могло приступить к модернизации легких и средних вертолетов Ми-1 и Ми-4 из-за отсутствия подходящих турбинных двигателей. М. Л. Миль в своей работе «Экономичность авиационной техники» показал, что применение турбинных двигателей на вертолете дает этому типу летательных аппаратов больше преимуществ, чем самолетам: «Применение турбовинтовых двигателей произведет в вертолетостроении революцию, более бурную, чем в самолетостроении». Новая силовая установка вертолета оказалась в 4–5 раз легче прежней. Снижение веса двигателей автоматически потянуло за собой снижение веса конструкции самого вертолета.

Первый вариант вертолета Ми-8 строился с одним газотурбинным двигателем АИ-24В конструкции ОКБ Ивченко. Мощность двигателя — 1900 л.с. Самолетный АИ-24, модернизированный для вертолетов, имел недостаточно высокую весовую отдачу и большой удельный расход топлива.

Первый полет вертолета состоялся 24 июня 1961 года. Однако М. Л. Миль добивается решения правительства о разработке нового турбовинтового двигателя мощностью 1200 л.с. специально для вертолета. Надо отметить, что Михаил Леонтьевич много внимания уделял вопросам создания двигателей, обосновывая необходимость разработки более экономичных двигателей по весовой отдаче и удельному расходу топлива. «Невозможно дальнейшее развитие авиации как количественное (по размерам), так и качественное, по весовой отдаче, без дальнейшего совершенствования двигателей по удельному весу и экономичности… Вертолет… с более тяжелым двигателем дороже не только в производстве, но — неминуемо и в большей степени — в эксплуатации за счет более высокой стоимости амортизации и большего расхода топлива».

На одном из листов дневника Миль сравнивает удельный расход топлива на вертолетах S-65 и Ми-8. Конструктор предлагает увеличить степень сжатия камеры и число ступеней двигателя как минимум на 2 для получения мощности 1700 л.с. Здесь же М. Л. Миль показывает вариант модернизации вертолета с увеличенной на метр длиной кабины. Позже это предложение было реализовано на вертолете Ми-18.

Новые двигатели ТВ2-117 и главный редуктор, разработанные в ОКБ С. П. Изотова, позволили создать двухдвигательный вариант Ми-8. Двигатели развивали взлетную мощность по 1500 л. с, и их суммарная мощность позволяла выполнять горизонтальный полет без снижения при отказе одного из двигателей. Полет В-8 с двумя двигателями ТВ2-117 состоялся год спустя — 17 сентября 1962 года.

М. Л. Миль думал о проблеме уменьшения вибраций на Ми-8. На страничке из дневника показано, как он предлагает изменить наклон оси несущего винта для изменения центровки, использовать амортизационные кресла для пилотов, разместить приборные доски. Следует отметить, что и сегодня, когда требования к вибрационным и шумовым характеристикам возросли, у вертолета Ми-8 они находятся в пределах нормы.

В отличие от американских конструкторов, ориентированных на применение техники в военной области, М. Л. Миль думал об использовании вертолетов в народном хозяйстве. Вертолет Ми-8 создавался как машина двойного назначения: через задние створки могли въехать и автомобиль, и пушка.

Для вертолета Ми-8 был спроектирован пятилопастный винт с лопастью, разработанной для Ми-4. Некоторые узлы лопасти заменили на более прочные, появилась электротепловая противообледенительная система и др. В дневнике М. Л. Миль предлагает новую конструкцию лопасти Ми-8.

Лопасть была спроектирована с большим запасом прочности. Об этом говорит тот факт, что конструкция цельнометаллической лопасти сохранена и сегодня, ее ресурс значительно увеличен за счет усовершенствования технологии изготовления. Несмотря на то что мощность двигателей вертолетов увеличилась в 1,5 раза, диаметр винта остался прежним — 21,3 м. Вертолет проектировался конструктором словно «на вырост».