Au début du printemps 1938, les Gullichsen acceptèrent une proposition, que Schildt appela la proto-Mairea, sur laquelle la construction commença à l'été. Les plans fixèrent la disposition des appartements que l'on retrouve dans la maison actuelle, avec la salle à manger située dans le coin entre les pièces dédiées à la familles et l'aile des domestiques, et avec les chambres et le studio de Maire à l'étage supérieur, ce dernier exprimé plutôt en élévation qu'en plan comme une courbe libre. Aux vues des analyses faites par Aalto sur les fonctions que la maison devait accueillir, il établit une liste des pièces de réception comprenant un hall d'entrée avec un âtre, un séjour, une pièce pour messieurs, une pour ces dames, une bibliothèque, un salon de musique, un jardin d'hiver, une pièce pour jouer au ping-pong et une galerie d'art. Ceci orientait le programme plutôt vers une demeure victorienne campagnarde que vers un manifeste du logement social-démocratique du futur. Aalto était loin d'être satisfait avec ce projet. Une jeune étudiante suisse travaillant dans son agence à l'époque se souvient qu'Aalto avait pris l'habitude de tancer la maquette comme un vilain chien, lui expliquant que « ces gens-là n'avaient pas besoin d'autant de pièces. »
Après que les fondations ont été excavées, Aalto eut une nouvelle idée et parvint à persuader ses clients d'accepter une refonte radicale dont seule l'empreinte du plan et l'aile de la domesticité resteraient plus ou moins inchangées. Le rez-de-chaussée fut significativement réduit en surface, et l'entrée principale, initialement en position curieuse sur le côté, recula en une position plus évidente en face de la salle à manger. Le studio de Maire fut repositionné pour occuper la place au-dessus de l'ancien auvent de l'entrée dont la forme fait écho, et les pièces de réception étaient desservies par un large espace carré de 14 mètres de côté. La galerie d'art autonome déménagea et sa place fut occupée par le sauna qui se niche dans un L fait d'un muret en pierre, le reste du mur et du treillis d'origine étant remplacé par une courte barrière et un talus. La seule objection de Harry Gullichsen envers ce projet revu et corrigé fut le manque de séparation de la bibliothèque où il pouvait avoir des rendez-vous d'affaire confidentiels. Aalto proposa alors une petite pièce fermée par des rayonnages amovibles qui ne montaient pas jusqu'au plafond. Aalto suggéra que ceux-ci puissent être aussi utilisés pour ranger la collection d'art de Maire — une idée qui, indiqua-t-il, pouvait être « socialement supportable pour être réalisée dans un petit logement, voire un studio », où les habitants ont « une relation intime avec l'art ». Sans surprise ces modifications n'ont pas offert l'intimité acoustique nécessaire et les rayonnages furent immobilisés (quoique toujours pas fixés au sol), avec des arêtes saillantes suggérant un mouvement pétrifié par la glace : une fente sous le plafond fut comblé par une surface ondulante glacée.
Aalto commença à travailler sur la villa vers la fin 1937. Il avait pratiquement le champ libre. Ses premières propositions s'inspiraient des huttes rustiques sur le modèle vernaculaire des fermes, ce qui déplu à Maire: "Nous vous avons demandé de faire quelque chose de finlandais, mais dans l'esprit actuel!" s'exclama t-elle. Cependant l'inspiration vint d'une toute autre source en 1938 : la villa sur la cascade de Frank Lloyd Wright, qui venait de recevoir un accueil international enthousiaste à la faveur d'une exposition au MoMA de New York et de publications dans Life et Time magazines ainsi que dans des revues d'architecture. Selon Schildt, Aalto en était tellement admiratif qu'il tenta de persuader les Guillichsen de construire leur maison au-dessus d'un ruisseau sur des terres appartenant aux Ahlström à quelques encablures de Noormarkku.
L'influence de la villa sur la cascade est évidente dans plusieurs croquis et études qui montrent d'audacieux balcons en porte-à-faux et rez-de-chaussée aux formes ondulantes voulues comme un substitut de celles, naturelles, du ruisseau et des rochers de la maison de Wright. Dans les esquisses suivantes, la forme libre du rez-de-chaussée réapparaît dans celle du studio en hauteur, avec un mur serpentant courant dans le hall d'entrée surélevé d'un demi-niveau. La forme en vague ondulante faisait déjà partie du « style » d'Aalto : on la retrouvait dans les vases dessinés pour le restaurant du Savoy d'Helsinki (vase Savoy ou vase Aalto), et elle caractérisait le Tsit Tsit Pum, le bâtiment qui reçut le second prix pour le pavillon finlandais à l'exposition universelle de Paris en 1937 (Aalto gagna le premier prix avec un autre bâtiment et, ne gaspillant jamais une bonne idée, usa de larges et sinueux paravents comme principal dispositif spatial pour son œuvre maîtresse lors de l'exposition de New York en 1939). Les formes libres de la nature symbolisaient la liberté humaine, et dès 1926 Aalto déclarait que « la ligne courbe vivante et imprévisible qui varie sans pouvoir être modélisée mathématiquement, est pour [lui] l'incarnation des possibles qui forment un contraste dans le monde moderne entre la mécanisation brutale et la beauté presque religieuse du vivant. » Le fait qu'en finnois « aalto » signifie « vague » n'est certainement pas étranger à son penchant pour de ce motif.
À travers ses premières études pour la villa, Aalto envisageait un plan en L similaire à celui de sa propre maison à Munkkiniemi (1934-36). Là, le L se partage entre la maison proprement dite et le studio. Dans la villa Mairea, le L sépare les appartements de la famille de ça par une cours-jardin close par la combinaison de murs, de barrières, de treillis et du sauna en bois. Demetri Porphyrios fait remarquer que ce plan est courant dans les résidences aristocratiques scandinaves. Il a aussi été utilisé par exemple par Gunnar Asplund dans sa célèbre villa Snellman de 1919. Bien que les clients d'Aalto aient demandé une maison « expérimentale », c'est significatif que la première esquisse soit un retour à du vernaculaire, puis la deuxième une variante du plan-type le plus répandu : voulant incarner une vision du future, Aalto se retrouve en conflit avec la prégnance du passé pour penser son habitation.