Четыре ДТРДФ HК-144 разместили под крылом близко друг к другу. Каждый двигатель имел свой воздухозаборник, причем два соседних воздухозаборника объединялись в общий блок. Работа каждого воздухозаборника обеспечивалась автоматической системой управления, которая изменяла положение панелей клина распределения и створки перепуска в зависимости от режима работы двигателя НК-144. Длина мотогондол определялась размерами двигателей и выработанными требованиями ЦАГИ и ЦИАМ к обеспечению необходимой длины каналов воздухозаборников для оптимальной работы двигателей.

Предполагалось, как и на «Конкорде», ввести систему торможения на посадке за счет реверса двигателей, реверс планировалось установить на два крайних двигателя (систему реверса вовремя не довели, в результате опытная и серийные машины эксплуатировались с тормозным парашютом). Относительно тонкое крыло требовало уменьшения размера колес, в результате в основных стойках шасси использовалась двенадцатиколесная тележка с колесами сравнительно небольшого диаметра. Основной запас топлива размещался в крыльевых кессон-баках. Работы по выбору оптимальной аэродинамической схемы Ту-144 в ОКБ возглавлял Г. А. Черемухин, вопросами оптимизации силовой установки по проекту занималось подразделение во главе с В. М. Вулем. На Ту-144 фактически были применены многие принципиальные решения дистанционной системы управления.

Живые воспоминания об одном из посещений генеральным конструктором отдела систем автоматического управления в то время оставил его бывший работник В. А. Свиридов: «Вскоре в том же помещении гидромеханической лаборатории воздвигли полномасштабные стенды Ту-154, Ту-144, Ту-22М. Этому предшествовало неожиданное (для нас) появление в отделе Андрея Николаевича Туполева. Событие, прямо скажем, совсем неординарное. Он появился совсем один в неудачное для работников время — то есть когда почти никого в отделе не было. Дежурный по отделу сидел спиной к двери, читал книжку, мерно раскачиваясь на стуле (вернее, на двух его задних ножках). В отделе же находилось человека три, включая меня.

Андрей Николаевич ловко выдернул стул из-под находящегося в неустойчивом положении дежурного. Им был Боря — молодой крепкий парень, мастер спорта по десятиборью. Эти качества позволили ему проделать какой-то немыслимый кульбит, но не упасть. Более того, он мгновенно встал в стойку и приготовился к отпору, решив в первый момент, что это шутка друзей (а шутить у нас очень любили!).

А Туполев, не обращая больше на Борю ни малейшего внимания, уселся на конфискованный стул и устремил свой взор на пустующий отдел.

— Где Каштанов? В командировке? А остальные где?! — своим тонким голосом спросил Андрей Николаевич. Старшим среди нас в тот торжественный исторический момент был Хрусталев. Ему и принадлежал исторический ответ: „Остальные все на базе!“ (имелась в виду летно-испытательная база в Жуковском; я по молодости этого не знал и решил, что речь идет об овощной базе).

— А ты что делаешь? В носу ковыряешь? — продолжал вопрошать отец русской авиации.

— Моделирую я! — смело ответил Хрусталев…

Уже через несколько секунд сведения о нахождении в отделе САУ Генерального конструктора достигли заинтересованных начальственных лиц, и они волшебным образом материализовались вокруг Андрея Николаевича. Вся группа больших и малых командиров прошла в находившийся рядом стендовый зал. На почтительном расстоянии и мы потянулись за ними, рискуя навлечь на себя царское неудовольствие. Но Туполеву было не до молодых людей, восхищенно глазеющих на него. Он осматривал помещение и находившиеся в нем стенды предыдущего поколения машин, а также новые „самоделки“. В число последних входили стенд „шасси“ для Ту-144 и Валеркин стендик. Вот тут и был отдан приказ — все стенды снести, освободив место для новых стендов. Честно говоря, я впервые так близко наблюдал принятие „крутых“ решений. Всегда грустно, когда сносятся плоды человеческого труда (пусть даже и устаревшие). Правда, Валеркин стендик пощадили, и он еще долго служил для отработки частных задачек».

Постройка первого опытного самолета Ту-144 («044») началась в 1965 году, одновременно строился второй экземпляр для статических испытаний. Опытная «044» первоначально рассчитывалась на 98 пассажиров, позднее это число было увеличено до 120. Соответственно, расчетная взлетная масса увеличилась со 130 тонн до 150 тонн. Опытная машина строилась в Москве в цехах ММЗ «Опыт», часть агрегатов изготовлялась на его филиалах. В 1967 году была закончена сборка основных элементов самолета. В конце 1967 года опытную «044» перевезли в Жуковскую летную и доводочную базу, где в течение всего 1968 года осуществлялись доводочные работы и доукомплектование машины недостающими системами и агрегатами.

Одновременно на аэродроме ЛИИ начались полеты самолета-аналога МиГ-21И, созданного на базе истребителя МиГ-21С. Аналог создавался в ОКБ А. И. Микояна и имел крыло, геометрически и аэродинамически подобное крылу опытного «044». Всего было построено две машины этого типа, на них летали многие летчики-испытатели, в том числе и те, которым предстояло испытывать Ту-144, в частности Э. В. Елян. Самолет-аналог летал до скорости 2500 км/ч; материалы этих успешных полетов послужили основой для окончательной корректировки формы крыла Ту-144.

В конце 1968 года опытный «044» был готов к первому полету. На машину назначили экипаж: командир корабля — заслуженный летчик-испытатель Э. В. Елян (26 апреля 1971 года за испытания Ту-144 удостоен звания Героя Советского Союза); второй пилот — заслуженный летчик-испытатель СССР, Герой Советского Союза М. В. Козлов; ведущий инженер-испытатель В. Н. Бендеров и бортинженер Ю. Т. Селиверстов. Учитывая новизну и необычность новой машины, ОКБ пошло на неординарное решение: впервые на опытную пассажирскую машину решили установить катапультируемые кресла экипажа. В течение месяца проводились гонки двигателей, пробежки, последние наземные проверки систем. С начала третьей декады декабря 1968 года «044» находился в предстартовой готовности, машина и экипаж были полностью готовы к первому вылету, но в течение всех этих десяти дней над аэродромом ЛИИ не было погоды, и опытный Ту-144 оставался на земле.

Наконец, в последний день уходящего 1968 года, опытная машина впервые оторвалась от взлетной полосы аэродрома ЛИИ в Жуковском и быстро набрала высоту. Первый полет продолжался 37 минут.

Заслуженный летчик-испытатель СССР, Герой Советского Союза М. Л. Галлай, к тому времени уже оставивший испытательную работу, так запомнил тот вылет:

«31-го с утра не было ни облачности, ни ветра.

Был густой туман…

Чтобы, в случае если распогодится, не терять зря ни одной лишней минуты (их, эти минуты, уже приходилось брать на штучный учет!), экипаж — летчики Э. В. Елян и М. В. Козлов, ведущий инженер В. Н. Бендеров и бортовой инженер Ю. Т. Селиверстов — заняли свои места в кабине „сто сорок четвертого“. В воздух для разведки погоды ушел вспомогательный Ту-124. С его борта сообщают, что с воздуха видимость немного получше, чем на земле… Мы сидим в ярко-оранжевом автофургоне руководителя полетов вшестером: главный конструктор — сын Генерального Алексей Андреевич Туполев, руководитель испытательного подразделения, в прошлом известный боевой летчик и летчик-испытатель Алексей Сергеевич Благовещенский, руководитель полетов Алексей Петрович Шелякин и еще два или три человека… В нескольких метрах от нас стоит черный лимузин Андрея Николаевича. Получив сведения авиаразведки, Туполев подумал с полминуты. Затем вышел из машины, укоризненно посмотрел вверх, подошел к нашему фургону, встал в дверях и потребовал микрофон радиопередатчика. Несколько секунд ушло на освоение этой техники: что нажимать, что отпускать, что прижимать к уху, а что подносить ко рту и так далее. А потом произошел диалог, может быть, не очень строго соответствующий букве правил радиообмена, но, со всех прочих точек зрения, весьма, небезынтересный.