Трансформация проекта фирмы Конвэр на пути от подвесного «паразита» до автономного бомбардировщика В-58 была весьма значительна. Неизменной оставалась лишь схема «бесхвостка» с треугольным крылом малого удлинения (угол стреловидности по передней кромке 60°), которую «спецы» Конвэр выбрали ещё в 1946 г. при проектировании перехватчика XF-92 по рекомендации немецкого авиаконструктора А. Липпиша, и в дальнейшем использовали в проектах перехватчиков F-102 «Дельта Дэггер» (1953 г.) и F-106 «Дельта Дарт» (1956 г.), а также первого и единственного в мире экспериментального сверхзвукового гидросамолёта-истребителя «Си Дарт» (1953 г.). Приверженность такой схеме обуславливалась одним существенным преимуществом: небольшими потерями аэродинамического качества самолёта из-за роста балансировочного сопротивления в полёте на сверхзвуке. Кроме того, до изобретения механизмов, позволявших изменять стреловидность в полёте, применение треугольного крыла было единственно возможным способом максимально оттянуть по времени возникновение кризиса сжимаемости и появления скачков уплотнения при сохранении приемлемой посадочной скорости тяжёлого самолёта.
Основным направлением развития проекта было повышение доли возвращаемых компонентов. В предложении от января 1950 г. многоразовым предусматривался лишь одномоторный пилотируемый компонент, а в сбрасываемом контейнере помимо бомбы находились РЛС, три двигателя и топливо (посадочная масса бомбардировщика — 8,1 т — составляла менее 20 % от его массы при старте с носителя, составлявшей 45,4 т). В конце 1950 г., при увеличении общего числа двигателей носимого бомбардировщика до пяти, два из них располагались на возвращаемом компоненте (в крыльевых гондолах), один в сбрасываемом контейнере, несущем также бомбу и аппаратуру, и ещё два — в сбрасываемых гондолах под крылом. Однодвигательный отделяемый контейнер был предусмотрен и проектом МХ-1626 в 1951 г., однако силовая установка имела всего три двигателя и дополнительных отделяемых моторов не предусматривалось. В проекте МХ-1964, выигравшем конкурс, подвесной контейнер стал бездвигательным, а силовая установка полностью размещалась на крыле бомбардировщика.
Сначала предусматривалось интегральное сочленение сбрасываемого и возвращаемого компонентов самолёта: контейнер и фюзеляж, имевшие плоские горизонтальные сопрягаемые поверхности, образовывали единый корпус, «расщеплявшийся» при отделении контейнера. Последний занимал почти всю длину фюзеляжа и оснащался сбрасываемой после взлёта собственной носовой стойкой шасси, значительно усложнявшей и утяжелявшей конструкцию. Такая конфигурация требовала обязательного сброса контейнера перед посадкой. Лишь к сентябрю 1953 г. проработка проекта МХ-1964 привела к решению о применении отдельного укороченного контейнера в форме веретена, подвешиваемого на пилоне. Это стало возможным благодаря переносу РЛС в фюзеляж самолёта и отказу от дополнительной стойки шасси. Таким образом, в контейнере остались лишь боевая нагрузка и запас топлива.
Одним из наиболее трудоёмких стал выбор оптимального расположения двигателей. Вначале для В-58 изучались две основные конфигурации. Первая предусматривала установку двигателей в спаренных гондолах (как на боинговских В-47 и В-52) на двух пилонах под крылом, вторая — в отдельных гондолах: два внутренних двигателя под крылом и два внешних над крылом. Преимуществами первого варианта были снижение массы конструкции примерно на 450 кг и облегчение доступа к двигателям при их монтаже и техобслуживании. Однако испытания летающей модели самолёта с пороховыми ускорителями на полигоне Уэллопс Айлэнд, штат Вирджиния, показали, что лобовое сопротивление такой конфигурации на трансзвуковых скоростях почти в два раза превышало расчётное и фактически не позволяло развить сверхзвуковую скорость. Размещение же турбин в отдельных гондолах соответствовало правилу площадей 1*, (сформулировано летом 1952 г. сотрудником NACA Р. Уиткомбом”) и уменьшало лобовое сопротивление самолёта, особенно в конфигурации с подвесным контейнером.
Установка внешних двигателей над крылом диктовалась стремлением уменьшить интерференцию скачков уплотнения. Лишь к августу 1954 г., когда проект окончательно утвердили, была принята схема с размещением всех ТРД в отдельных подкрыльевых гондолах. При переходе к укороченному контейнеру с уменьшенной ёмкостью топливного отсека предусматривались внешние баки на крыле, однако в окончательном проекте 1954 г. от них решили отказаться и разместить всю «горючку» во внутренних баках и подвесном контейнере. В последнем размещалось и основное вооружение самолёта — одна атомная бомба. При бомбометании контейнер отсоединялся целиком, облегчая самолёт.
Стремясь снизить до минимума массу бомбардировщика, фирма в проекте от января 1950 г. предусмотрела экипаж из двух человек, однако впоследствии была вынуждена всё же увеличить его до трёх. Сначала не предполагалось также оборонительного вооружения — высокая скорость сама по себе считалась достаточным средством защиты, но в проекте МХ-1964 хвостовая пушечная установка уже присутствовала, на первом этапе — калибром 30 мм, затем — 20 мм ротативный «гатлинг».
