缺乏经验，困难重重
上世纪末，日本向美国提出采购第五代战斗机F-22“猛禽”的申请，希望获得100架该型隐身战斗机，满足未来30年防务需求。但是，2000年美国立法禁止F-22战斗机出口，以色列、日本、英国等盟友均在限制之列。为安抚盟友，美国提出JSF联合打击战斗机项目研制F-35系列战斗机。在该机研制中，美国允许日本引进F-35A战斗机，且数量不限，还向日本输出生产线，从制造零件到装配试飞，都可以在日本进行。
然而日本并不满意，决定自主开发一款性能在F-35之上，甚至比F-22战斗机更先进的战斗机，这就是F-3战斗机。考虑到日本缺乏五代机研制经验，日本以F-22战斗机为模板进行开发，采用与F-22战斗机类似的常规气动布局，重大细节均参考设计。不过日本没有照抄，而是通过改进，使其性能更强，更符合日本的作战需求。正因如此，F-3战斗机被称为F-22战斗机超强改进版，主要体现在超强发动机、超强机身复合材料、超大弹舱设计上。
F-3战斗机总体气动布局延续F-22战斗机设计思路，采用双发常规布局、双垂尾，安装两台日本自行研制的XF9-1发动机。这是日本为下一代战斗机研制的小涵道比涡扇发动机，按照日本媒体说法，这款发动机在试验阶段取得“出乎意料”的成功，涡轮前温度超过1822℃，不加力推力达到11吨，加力推力15吨，理论上可以达到17吨。
为减轻机体重量，日本决定研制新机体结构，对受力复杂且集中力较高的中段机身采用高强度碳纤维复合材料替代传统钛合金骨架。为此，日本专门研制出宽8.6米、长5.2米的全尺寸中机身段进行试验。不过，这一做法违反航空界传统，因为中段机身集中前后机体、机翼等载荷，而且包含起落架、弹舱等，应力过于集中，传统设计中采用钛合金以增加强度，日本的做法显然为性能而不顾安全性，因此遭到质疑。另外，由于采用全碳纤维机身设计，飞机在战损情况下如何保证不分裂脱层，也将是一大问题。
