研制工作開始后不久，東風三號單管發(fā)動機(代號YF-1)用四氧化二氮代替原來的硝酸作為氧化劑進行研究性試車獲得成功。“YF-1”的推力和比推力均有一定的提高，因而部分科技人員主張將“YF-1”發(fā)動機改換推進劑，同時提出加長推進劑儲箱，改進控制系統(tǒng)等措施，研制東風三號甲代替東風四號。與此同時，第一研究院總體設計部又提出將原來提出的東風四號方案改用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進劑，提高兩級發(fā)動機的推力，從而形成了東風四號甲的方案。

　　1966年4月5日，七機部一院確定，在上述三種方案的基礎上進一步開展東風四號方案論證。經過辯論，在各分系統(tǒng)提出的三個方案的基礎上，該院辦公會確定，鑒于東風四號研制一年多了，工作已全面鋪開，無論指標和進展都已落實，決定仍按東風四號方案繼續(xù)開展工作。5月31日，完成了東風四號的方案設計。其中包括：提出了總體方案;確定了各分系統(tǒng)的主要方案，并相互提供了初步設計所需要的條件;確定了大型試驗方案;提出和落實了必要的預研項目和試驗項目。

　　在東風四號方案論證階段，制導系統(tǒng)是關鍵內容之一。隨著導彈射程的增加和飛行狀態(tài)的變化，對制導和姿態(tài)控制系統(tǒng)的要求提高了。20世紀60年代初，科技人員在深入研究了捷聯(lián)制導系統(tǒng)的線性補償的理論后，在單補償方案原理的基礎上，從飛行干擾的特點及其對彈道的影響和導彈本身具有測量功能出發(fā)，建立了“變參數線性自動控制系統(tǒng)外干擾完全補償理論”，為中國捷聯(lián)式制導方案探索出了新途徑。1965年8月，七機部一院召開了控制系統(tǒng)方案論證會，反復分析了東風四號采用捷聯(lián)全補償方案的利弊，認為采用捷聯(lián)式全補償制導系統(tǒng)加橫法向導引控制，方法誤差小，可以滿足精度指標要求。它是在東風二號、東風三號制導方案基礎上的進一步完善，技術比較成熟。當年11月，一院辦公會議決定，東風四號采用捷聯(lián)全補償方案。這一方案不但有橫向導引，還有法向導引，以保證導彈的制導誤差更小。姿態(tài)控制系統(tǒng)研制的關鍵在于解決大長細比兩級導彈彈性振動和晃動的穩(wěn)定性，以及一、二級分離時產生的干擾對二級起控段穩(wěn)定性的影響等問題。控制系統(tǒng)研究所采取選擇合適位置安裝俯仰、偏航速率陀螺和在飛行過程中改變校正網絡等措施，妥善地解決了彈性振動與晃動的穩(wěn)定性問題。

　　東風四號導彈射程遠，因而對慣性器件的精度要求比東風三號高好幾倍。慣性器件研究所選擇氣浮軸承以取代滾珠軸承，其優(yōu)點是摩擦力矩小，在動態(tài)環(huán)境下摩擦特性穩(wěn)定。自1965年開始，該所在研制氣浮陀螺和氣浮陀螺加速度表的過程中，經過反復試驗、設計和加工，研制成功三段式圓柱組合和小錐式整體結構的氣浮軸承。這種氣浮軸承精度、可靠性高，穩(wěn)定性好。氣浮陀螺和氣浮陀螺加速度表的研制成功，是慣性器件技術的一次重要突破。1966年3月，氣浮雙軸三自由度陀螺儀初樣正式投產。