Работы начались в 1964 г., и проекту дали условное обозначение Як-28-64. Для уменьшения аэродинамического сопротивления два двигателя Р-11Ф2-300 разместили в фюзеляже, организовав воздухозаборники по бортам. В ОКБ-115 отсутствовал опыт проектирования самолетов с такими воздухозаборниками, и заместитель Генерального конструктора С.А.Яковлев специально был командирован на новосибирский авиазавод для изучения документации Су-15. Крыло Яка освободили от двигательных гондол, размах каждой консоли уменьшили, но размах крыла в целом, благодаря более широкому фюзеляжу, сохранился. Элероны сместили ближе к фюзеляжу в надежде немного увеличить скорость полета у земли, ранее ограниченную эффектом реверса элеронов. Под каждой консолью разместили по два пилона: ближние к фюзеляжу - для ракет Р-8М-1, дальние - для перспективных ракет ближнего боя. Под рулем направления разместили контейнер тормозных парашютов. Для повышения путевой устойчивости в ХЧФ установили два гребня. В центральной части фюзеляжа под воздухозаборниками предусмотрели держатели для двух ПТБ, что позволяло увеличить продолжительность полета. НЧФ, кабина, шасси, оперение и система управления остались прежними.

После завершения постройки машину с отстыкованными крыльями подготовили для перевозки на летную станцию в Жуковский, установив фюзеляж на ложное шасси. В процессе перевозки одна из опор оторвалась, и самолет упал набок в канаву. Суеверные сотрудники ОКБ сочли это плохим предзнаменованием. Испытания подтвердили их пессимизм. Самолет не смог превзойти по летным характеристикам не только суховского конкурента, но и своего предшественника. Испытания пришлось прекратить.