La plupart des constructeurs proposèrent un projet mais l'écart entre les performances demandées et la technologie du moment les conduisirent à imaginer des solutions trop innovantes pour envisager une mise en œuvre à court terme (composites bombardier + chasseur "parasite", moteurs nucléaires, drones, etc.)
Cette période d'incertitude prit fin le 18 septembre 1957, lorsque l'US Air Force formula son cahier des charges définitif. Il spécifiait dorénavant une vitesse de croisière de Mach 3, un plafond opérationnel de 22 860 mètres et une autonomie minimale de 9 650 km. Entretemps la technologie avait évolué, notamment dans le domaine des turboréacteurs et le marché s'était clarifié : seuls Boeing et North American demeuraient en lice.
Le 23 décembre, North American fut déclaré vainqueur. l'US Air Force espérait disposer de 30 appareils opérationnels à la fin de l'année 1965. La complexité du projet amena North American à sélectionner de nombreux sous-traitants, parmi lesquels :
- Boeing (ailes)
- Lockheed (certains éléments du fuselage)
- Westinghouse (système de défense électronique)
- IBM (avionique de navigation et de bombardement)
- General Electric (radar et avionique de propulsion)
- Chance-Vought (empennages et ailerons)
De fait, le XB-70 (dénomination officielle depuis le 6 février 1958) comportait plusieurs innovations technologiques importantes :
- Entrées d'air à géométrie variable commandées automatiquement
- Empennages canard (destinés à réduire la traînée)
- Saumons mobiles : le XB-70 fut un des premiers aéronefs dont la construction tirait parti de la loi des aires, non dans la canalisation des flux d'air autour du fuselage (comme pour le F-102, par exemple) mais en modifiant en vol la courbure de sa voilure. Aux hautes vitesses (Mach 2+), le XB-70 abaissait ses saumons d'ailes vers le bas, et parvenait ainsi à "chevaucher" sa propre onde de choc. Ce procédé permettait de diminuer de façon sensible la traînée et d'augmenter de ce fait la distance franchissable.
Le bombardier était équipé de capsules de survie éjectables, ce qui permettait aux pilotes et à leurs copilotes de s'éjecter à grande vitesse.