Работы над самолётом «145» (Ту-145) начались в 1965 г. Сначала проектированием занимались в инициативном порядке, правительственное постановление появилось лишь в конце 1967 г. До этого существовало только совместное решение Министра авиапромышленности П.В.Дементьева и Главкома ВВС П.С.Кутахова, получившее поддержку отвечавшего за ВПК секретаря ЦК КПСС Д.Ф.Устинова. Поскольку работы в ОКБ шли на «полулегальном» основании и по-видимому, из-за режимных требований и нежелания раздражать сторонников «тотальной ракетизации», на всех уровнях декларировалась глубокая модернизация Ту-22К. Если первоначально это более или менее соответствовало действительности, то в ходе развития проекта общим с Ту-22 остались лишь тактическое назначение, да еще... осевая линия на схеме общего вида. Другими словами, проект «145» (Ту-22М, самолёт «ЮМ», «АМ», «45») в ходе своего развития превратился в совершенно новую машину, мало похожую на Ту-22.

Облик самолёта «145» (Ту-145) сложился не сразу, было несколько промежуточных проектов, в них использовали часть наработок но семейству Ту-22. Осенью 1965 г в отделе техпроектов подготовили техпредложение но первому варианту самолёта «145». За основу взяли проект «106Б», от него позаимствовали общую компоновку фюзеляжа, схему размещения двигателей и ударного вооружения, а также оборонительное вооружение. Самолёт предполагалось строить по схеме высокоплана с консолями крыла изменяемой стреловидности, в неподвижной средней части угол стреловидности 65", новоротные консоли могли занимать три фиксированных положения: 20", 65" и 72". Каждое из них соответствовало оптимальной аэродинамической конфигурации для определенного режима полета: 20" - для взлета, посадки и полета на максимальную дальность на дозвуковом режиме; 65" - для полета на дальность на сверхзвуке; 72" - для полета на околозвуковых скоростях на малых высотах. Два двухконтурных двигателя НК-144 с форсажными камерами устанавливались над задней частью фюзеляжа в общей большой мотогондоле с раздельными воздухозаборниками с вертикальным клином.

Крыло изменяемой стреловидности значительно улучшило основные характеристики самолёта «145» (Ту-145) по сравнению с исходным «106Б». Взлетная масса «145» выросла на 7% и достигла 105 т, а масса пустого самолёта возросла на 5% и достигла 51,5т Взлетно-посадочные характеристики улучшились и позволяли эксплуатировать «145» (Ту-145) с грунтовых полос («106Б» мог взлетать только с бетонных). При этом длина разбега с взлетной массой 105 т составляла 1450 м (у «106Б» - 1800-2000 м). Максимальная скорость на высоте 50-100 м составляла 1100 км/ч (для «106Б» такой режим полета был недоступен), при полете на высоте 14500 м - 2500-2700 км/ч (для «106Б» - 2200 км/ч). Сверхзвуковая крейсерская скорость равнялась 2200 км/ч (для «106Б» - 1800 км/ч), практическая дальность полета на дозвуковой скорости - 10000 км (для «106Б» - 6300-6500 км), на крейсерском сверхзвуковом режиме - 4000 км (для «106Б» - 3000-4000 км), при полете у земли - 3800 км.

Основным вариантом боевого применения «145» (Ту-145) являлся ударный самолёт, способный атаковать цели на средних и больших высотах во всем диапазоне скоростей. Систему ПВО самолёт должен был преодолевать на высотах до 200 м со скоростью 1200 км/ч, это гарантировало ему достаточно высокую защищенность от основных средств ПВО того периода и возможность с большой точностью поражать малоразмерные неподвижные и подвижные цели бомбами или ракетами (самолёт можно было использовать для борьбы с шахтными или мобильными ракетными установками). Обладая значительной дальностью полета па сверхзвуковой и дозвуковой крейсерской скорости, самолет мог использоваться как высотный ракетоносец с одной ракетой Х-22 с различными типами ГСН (самолет «145К»), в том числе и с пассивными ГСН для уничтожения стационарных и мобильных РЛС, а также самолётов ДРЛО. Предусматривалось создание на основе ударного варианта разведчика «145Р», постановщика помех «145П» и самолёта ПЛО. Многообразию вариантов боевого применения способствовали широкий диапазон летных характеристик самолёта, большие величины допустимой полезной нагрузки и размеры грузоотсека, а также большая мощность бортовых источников электропитания. Размещение и состав экипажа оставались такими же, как и на самолёте Ту-22.

К концу 1965 г. проект частично переработали для устранения недостатков, присущих всему семейству Ту-22. Для уменьшения негативного влияния фюзеляжа и крыла на работу силовой установки на больших скоростях мотогондолы дополнительно подняли над фюзеляжем, для увеличения эффективности органов управления изменили в плане форму киля и стабилизатора, улучшили обводы передней части фюзеляжа с обтекателем РЛС и т.д. Учитывая опыт эксплуатации Ту-22, кабину штурмана перенесли за кабину пилота, кабину оператора сместили назад и развернули его лицом по полету, аварийное покидание самолёта организовали по принципу «катапультирование вверх». Самолёт решили строить только в варианте ракетоносца, в результате отказались от бомбардировочного оптического (телевизионного) прицела и системы бомбардировочного вооружения.

Этот вариант также остался переходным. При проработке аэродинамической компоновки «145» (Ту-145) ОКБ А.Н.Туполева сначала принимало практически все рекомендации ЦАГИ. По-настоящему крупное расхождение в позициях ОКБ и ЦАГИ наметилось по вопросу переноса двигателей с верхней части (фюзеляжа и отказа от сравнительно простых и легких воздухозаборников. У ОКБ были свои веские доводы: размещение двигателей в хвостовой части фюзеляжа повлекло бы за собой усложнение системы подвода воздуха к двигaтeлям и как следствие, к значительному увеличению массы, которая и так увеличилась из-за поворотного крыла. Появлялись дополнительные трудности с размещением оборудования, вооружения и топлива. Относительно возможных неприятностей с организацией воздушного потока на входе в воздухозаборники в ОКБ считали, что принятые конструктивные мероприятия (подьем мотогондол над фюзеляжем и обеспечение эффективного слива пограничного слоя) должны будут решить все проблемы.

Между ОКБ и ЦАГИ возникла острая дискуссия. ЦАГИ, памятуя о негативном опыте с Ту-22, считал нереальным обеспечить на больших сверхзвуковых скоростях нормальную работоспособность двигателей при их размещении над верхней поверхностью крыла и фюзеляжа. Исследования ЦАГИ показали, что при М=1,135-1,45 в такой компоновке двигателей резко уменьшается коэффициент восстановления давления и возрастает неравномерность потока на входе в воздухозаборники даже при сравнительно малых углах атаки. В ОКБ еще раз рассмотрели аргументы ЦАГИ и приняли решение переделать проект с учетом новой компоновки двигателей. В результате к 1967 г. появился вариант будущего Ту-22М с размещением двигателей в хвостовой части фюзеляжа и с воздухозаборниками по бортам.