Ожидался ответный визит американского президента, при встрече которого намеревались использовать вертолет-салон как престижный вид транспортировки высоких гостей. Вот только имевшиеся Ми- 4С замыслам отвечали в недостаточной мере (полетавший на «четверке» с её теснотой, грохотом и тряской действительно мог надолго утратить интерес к вертолетному транспорту). Отечественная машина должна была иметь куда более представительные возможности как по характеристикам и вместимости, так и по комфорту. Импульсивный глава государства, ценивший внешний эффект и рекламировавший достижения советского строя, техники и культуры, в общении с милевцами приязненно высказывался относительно создания перспективной машины, которую можно было бы использовать для представительских целей (обещал ведь он американскому президенту в самом ближайшем будущем «обогнать на повороте и ручкой помахать»).

Однако разработка новой машины, даже в рамках заявленной модернизации, требовала ощутимых средств, а также обязательств смежников, для чего необходимо было государственное решение. По предложению, внесенному руководством Министерства гражданской авиации, было принято Постановление Совета Министров СССР о создании вертолета В-8 грузоподъемностью 1,5–2 тонны с вертолетным вариантом турбовинтового двигателя АИ-24. Ответственным за силовую установку назначалось запорожское ОКБ завода № 478 главного конструктора А.Г. Ивченко, с первых дней существования милевской «фирмы» являвшегося партнером вертолетостроителей. Двигателями запорожского завода оснащались Ми-1, и налаженные связи позволяли рассчитывать на конструктивное решение неминуемых вопросов отработки силовой установки нового вертолета.

В качестве прототипа использовался только что созданный ОКБ-478 турбовинтовой двигатель АИ-24 — одновальный газотурбинный двигатель с десятиступенчатым компрессором, кольцевой камерой сгорания и трехступенчатой турбиной. Этот двигатель являлся наиболее подходящим по мощности среди выпускавшихся промышленностью. Для вертолета он был переделан в турбовальный, обеспечив съем мощности с задней стороны, за турбиной (у самолетного варианта, как известно, винт и редуктор размещаются спереди). Мощность вертолетного варианта была поменьше, чем у прототипа, составляя 1900 л.с., что позволяло обойтись на вертолете прежней трансмиссией от Ми-4. Правда, по мере работ выявилось, что АИ-24В имел ряд неудовлетворительных характеристик, особенно расход топлива, не отвечавший требованиям к экономичности машины. К тому же у конструкторов уже сложилось обдуманное понимание необходимости перехода к двухмоторной схеме как более надежной и безопасной. К тому же такая силовая установка позволяла рассчитывать на форсирование и достижение большей мощности в случае необходимости. Однако на тот момент газотурбинных двигателей, подходящих по мощности для двухмоторного варианта, не было и пришлось продолжать работу над одномоторной машиной.

Общими вопросами разработки В-8 занимался заместитель главного конструктора В.А. Кузнецов, ведущим по машине был назначен Г.В. Ремезов, прежде занимавшийся летными испытаниями. Сам Миль также продолжал заниматься конструкторской проработкой вертолета. В ходе эскизного и рабочего проектирования в первоначальный вариант было внесено множество изменений. В итоге машина всё дальше уходила от прежнего намерения обойтись минимальными изменениями конструкции Ми-4. Прежде всего, изменились сами обводы вертолета, который вместо носовой части с выступающим носком и «ступенькой» кабины (по типу Ми-6) приобрел характерный лобастый вид с обширным остеклением. Контуры фюзеляжа были заслугой самого Миля, известного своим пристрастием к плавности линий и гармоничности очертаний. Главный конструктор обладал несомненным художественным даром и писал украшавшие помещения ОКБ пейзажи и натюрморты. Сотрудник ОКБ А.Э. Малаховский, занимавшийся воздушными винтами, рассказывал, что при посещении их отдела Миль «скорее рисовал, чем чертил, пытаясь изобразить пришедшую в голову идею, а уже затем мы получали лист с рисунками для дальнейшей разработки». Известно было, что форма и аэродинамические обводы вертолетов являются особенной заботой Главного, и эти вопросы он никому не передоверяет.

К своему делу Миль относился глубоко личным образом, настаивая на изяществе проработки решений. Известной была история о том, как в споре с Ремезовым, разойдясь по вопросам внешнего вида машины, он прибегнул к неопровержимому аргументу: «Знаете, Григорий Владимирович, моя жена должна мне нравиться!»

При работе над «восьмеркой» художественный вкус главного конструктора как никогда способствовал рациональности решения. Очертания вертолета выглядели рационально и отвечали самому придирчивому промышленному дизайну (хоть в те годы и термин такой не был в ходу). «Головастая» просторная кабина с панорамным остеклением обеспечивала отличный обзор как в передних, так и боковых ракурсах, что для аппарата вертикального взлета и посадки, работающего с ограниченных площадок с нередко стесненными подходами, было особенно ценным. В итоге вертолет приобрел функциональные и узнаваемые формы, а компоновка стала классической для всего поколения винтокрылых машин.

Вынесенная наверх силовая установка в мотогондоле оказывалась вплотную приближенной к редуктору и несущей системе, позволяя обойтись без громоздких и тяжелых приводных валов (у Ми-4 мотор размещался в самом носу, в двух с лишним метрах от редуктора, с которым его соединял проходящий прямо через пилотскую кабину вал). Будучи наиболее массивным агрегатом конструкции, силовая установка помещалась вблизи центра тяжести, что положительным образом сказывалось на вопросах центровки вертолета. Верхнее расположение силовой установки, находившейся довольно далеко от земли, вовсе не означало ухудшения условий обслуживания. Попасть туда можно было через верхний люк кабины летчиков, а доступ к ней открывали распахивающиеся в стороны капоты, в раскрытом виде образовывавшие площадки-трапы, на которых можно было с удобством расположиться при работе. С таких же площадок можно было выполнять работы по редуктору и несущей системе вертолета.

Макет вертолета В-8 в первоначальном виде

В 1959 году был представлен эскизный проект и натурный макет будущей машины, после утверждения которых макетной комиссией в ОКБ приступили к рабочему проектированию вертолета. Первоначальную схему шасси с четырьмя опорами по типу Ми-4 сменила упрощенная конструкция с тремя опорами — двумя основными и одной передней, на которой монтировалась пара свободно ориентирующихся колес. Руление на земле осуществлялось раздельным торможением основных колес. Упростить конструкцию и снизить вес позволила новая компоновка вертолета: если на Ми-4 необходимость двух носовых стоек диктовалась изрядной нагруженностью носовой части с находившимся здесь мотором, то на В-8 силовая установка сместилась к центру тяжести и носовая часть была разгружена.

Для избежания чрезмерного технического риска ряд особо ответственных агрегатов на первой опытной машине оставили аналогичными Ми-4. Некоторые изменения внедрили в конструкции несущей системы. Сами лопасти пока что оставались прежними — цельнометаллическим по типу освоенных на Ми-4, как и четырехлопастная схема несущего винта, автомат перекоса и трехлопастной рулевой винт. Фрикционные демпферы вертикальных шарниров несущего винта заменили гидравлическими, гидроусилители всех четырех каналов управления объединялись в общий гидроблок (он получил название гидрокомбайна), смонтированный вместе с другими агрегатами гидросистемы непосредственно у привода на редукторе. Обеспечивающая питание бустеров гидросистема состояла из основной и дублирующей систем. В систему управления были введены триммеры с загрузочными электромеханизмами.

На первой опытной машине сохранялись также прежняя трансмиссия с главным, промежуточным и хвостовым редукторами, хвостовая и концевая балки, основные опоры шасси и хвостовая пята, а также многие узлы системы управления. Согласно договоренности с руководством отрасли, вносимые новшества конструкторы обязались внедрить в серийном производстве Ми-4, оправдывая заявленную «модернизацию» и добиваясь взаимозаменямости уже производимых «четверок» и вновь создаваемой машины. Однако по мере разработки объем новаций явно переходил в новое качество будущего принципиально отличного вертолета со много большими перспективами, нежели улучшенный вариант заслуженного Ми-4.