既然兵大爺們已經決定了，那麼堀越二郎本人也就沒什麼好說的了，於是以火星作為主動力的設計正式啟動。
14試局戰的設計團隊基本上沿用了12試艦戰的老隊伍，仍舊由堀越二郎當任主任，曾根佳年擔任助手。唯一離開團隊的是當時的在12試項目中負責機體強度計算的內閣總理大臣東條英機的次子東條輝雄，12試艦戰項目末期，他就已經調到陸軍的遠程高速偵察機Ki-46項目中去了。
14試局戰的項目啟動時，日本海軍已有的最先進戰鬥機是即將定型的A6M2零戰11型。零戰11型的最大速度為517.6公裏/小時，折合成海裏製為279節。爬升到6000米高度需時為7分27秒，兩相比較，日本海軍對於14試局戰在速度和爬升方麵的要求可以說是飛躍性的。
由於火星發動機的直徑實在太大，為了減小迎風阻力，三菱重工采用了空技廠的建議，將火星發動機的中軸向前方延長了50厘米再與螺旋槳相連接。通過這樣的修改，發動機整流罩就可以從直徑最大的汽缸部位向前方平滑過渡逐步絞細收縮成半蛋形狀。由於迎風麵積減小，為了有利於發動機散熱，在絞細部內安裝有強製製冷風扇。這樣，整個機體就做成了兩頭細、中間粗的很別致的紡錘形。為了降低阻力，一直為日本陸海軍所偏愛的氣泡型座艙蓋沒有在設計圖上出現，代之以低矮的流線型座艙蓋。
14試局戰的機翼為當時主流的平直翼，接近於翼根處修改成層流翼型，算是半層流翼。在機翼後緣加裝富勒襟翼。當時中島飛機公司已經研製出了有利於改善高翼載飛機水平機動性的蝶形機動襟翼，並且成功的運用到與14試局戰定位相類似的Ki-44戰鬥機上。在這一方麵，應該說Ki-44的技術超越了14試局戰。由於本機以速度性能為最優先考慮，所以機翼麵積有所減小，翼載荷增加到140公斤/平方米的水平。對於一向視翼載為生命的日本海軍來說，這倒算是個難得的變通，當然這個指標相對於歐美同期的戰鬥機來說還是很低的。
為了確保機翼大口徑武器發射時的縱向穩定性，堀越為14試局戰設計了一個大型的垂直尾翼。為此，飛機的低速機動性會有所犧牲，好在14試局戰也不太要求這個。
14試局戰的一個比較突出的特征是起落架部分。最早的可收放式起落架由飛行員人力操縱收放機構。到零戰時期，采用了液壓收放的機構。這一次的14試局戰則參考了研製中的13試艦爆的經驗，從減輕機體重量的角度考慮，采用了在當時的日本軍用飛機中尚不多見的電驅動收放係統。
12試艦戰——零戰的一個突出弱點是結構複雜，工藝性生產性都相當糟糕，所以這一次堀越設計團隊在這一方麵也做了些努力。
1940年底，14試局戰的木質全尺寸模型樣機試製完成。12月26日，海軍空技廠和橫須賀航空隊各自派出一名試飛員進行初步審核。這兩位試飛員就是在前麵我們已經多次見到過的空技廠飛行試驗部戰鬥機試飛主任小福田租大尉和橫須賀航空隊戰鬥機分隊長下川萬兵衛大尉。
看慣了小型的日本戰鬥機，對於這個新玩具，兩名試飛員的第一個感慨就是那個粗大的機身。“這東西也算戰鬥機嗎？在座艙裏麵都能開宴會了。”
評測中，兩名試飛員最不滿意的就是碩大的飛機頭部和低矮的座艙對飛機視野的影響。對此，三菱重工方麵表示也很無奈。軍方對於速度的要求如此之高，如果不全方位減阻，則要達到軍方的性能指標完全無望。
最終，小福田和下川兩名大尉馬馬虎虎的接受了這個結果，為後來實戰部隊普遍性的抱怨留下了了隱憂，也為未來的雷電戰鬥機的坎坷命運留下了陰影。話說回來，未來的雷電戰鬥機視野不佳固然是事實，不過同期發展情況相類似的F4U戰鬥機美國人也一直用著好好的。恐怕海軍方麵對於新機的使用考慮不足，沒有加強相關的訓練這才是造成雷電戰鬥機悲劇性的未來的主要原因。
木質全尺寸模型樣機的測試通過之後，三菱重工名古屋飛機製造廠就開始了緊鑼密鼓式的原型機製造工作。由於堀越團隊需要同時兼顧零戰的改型與14試局戰的開發，工作十分繁重。先是曾根嘉年因為疲勞過度病倒了，不得不離崗休養三個月。隨後，堀越二郎本人也因病暫時離崗。三菱重工最好的設計團隊的第一、二號人物先後病休，給14試局戰的開發工作造成了一定的延誤。後來堀越二郎重返崗位後不久，又因為軍方提出了17試艦戰（即後來的艦載戰鬥機烈風）的研製意向，堀越本人便不再繼續擔任14試局戰的設計主任，轉任設計顧問。14試局戰的項目主任由設計師高橋巳治郎負責。