7 июня 1939 года Вилли Мессершмитт (Willi Messerschmitt) передал в распоряжение Министерства авиации новый вариант проекта Р 1065. Одноместный истребитель, оснащенный двумя двигателями с суммарной тягой 11,86 кН, должен был развивать скорость до 900 км/ч. Заявленные габариты: длина — 9,3, высота — 2,8, размах — 9,4 метров. Площадь крыла составляла 18 кв. метров. RLM санкционировало дальнейшие работы над проектом и выделило фирме финансовые средства, необходимые для постройки нелетающего деревянного макета самолета в масштабе 1:1. Макет был подготовлен к началу 1940 года, а уже в январе группа специалистов министерства осмотрела его. После согласования некоторых рекомендаций проект был одобрен (одновременно выдан заказ на детальную проработку всех узлов и агрегатов самолета, постройку для проведения полетных испытаний трех опытных образцов (кроме того, одного безмоторного для проверки прочности на перегрузки). Мессершмитт, чья штаб-квартира размещалась в Аугсбурге, получил заказ 1 марта 1940 года — одновременно с Эрнстом Хейнкелем, который предложил альтернативный проект Не 280 (развитие конструкции Не 178 VI). Таким образом, в Германии развернулись активные работы над созданием принципиально новых истребителей так называемого типа «200». В рамках этого семейства самолет Мессершмитта получил официальное обозначение Me 262.
Тем временем из фирмы БМВ поступали только неутешительные сведения. Разрабатываемый ею двигатель, зарегистрированный в RLM под номером 003, все еще не достиг необходимой степени готовности, хотя уже прошел испытания (устанавливался на «летающих лабораториях» Bf 110 и Не 111). Наиболее неудовлетворительным оказался его поперечный диаметр, достигший таких размеров, что мотор уже категорически не подходил для размещения в толще крыла — мотогондолы пришлось подвешивать под центропланом. Хотя это обеспечивало значительное упрощение конструкции крыла по сравнению с базовым проектом, изменение аэродинамических и весовых характеристик повлекло за собой серьезные изменения в общей схеме планера. Новый вариант фирма «Messerschmitt A. G.» («Bayerische Flugzeugwerke» переименована в «Мессершмитт» в знак признания особых заслуг перед рейхом ее руководителя) был представлен на рассмотрение Министерства 15 мая 1940 года.
Он представлял собой значительно увеличенный низкоплан с одноместной кабиной (фонарь каплевидной формы), размещенной над крылом. Фюзеляж имел длинную заостренную носовую оконечность и почти треугольное сечение. Базовая конструкция крыла осталась без изменений, но его оконечности (за мотогондолами) стали стреловидными с небольшим углом. В данном случае речь шла не об увеличении критического числа Маха для несущих плоскостей, а лишь о наиболее простом способе распределения масс и оптимизации аэродинамического сопротивления. Конструкция шасси осталась неизменной: главные стойки убирались в ниши в нижней части фюзеляжа, хвостовое колесо неубирающееся. Хвостовое оперение прежней конструкции. Пушечное стрелковое вооружение Me 262 должно было сосредоточиться в носовой части фюзеляжа, однако первый прототип не получил его по весьма курьезной причине.
Техническое управление RLM одобрило доработанный проект в июне 1940 года — в том же месяце в Аугсбурге начались работы над постройкой опытного образца. В это время уже стали известны подробные данные о габаритах, массе и способе установки двигателя BMW 003. Тем не менее первые образцы мотора, предназначенные для проведения полетных испытаний новой машины, БМВ вовремя поставить не сумела, хотя постройка планера Me 262V1 находилась на завершающей стадии. 8 апреля 1940 года состоялось совещание специалистов Министерства авиации, ракетного центра Пеенемюнде, учебного центра в Рехлине и фирмы «Walter», специализирующейся на разработке ракетных двигателей. Основной вопрос, обсуждавшийся в ходе совещания, заключался в выборе импровизированного мотора, пригодного для временной замены продукции БМВ. Представители фирмы «Вальтер» предложили установить на образце Me 2G2V1 ЖРД ITWK RII 203В с тягой 7,41 кН, которые обеспечивали опытной машине достижение высокой скорости полета (при условии доставки самолета на необходимую высоту буксировщиком Не 111). Этот способ был приемлемым, но установка ракетных моторов на пилотируемом самолете была чревата довольно высоким риском. Кроме того, «Вальтер» не могла гарантировать поставку своих моторов существенно ранее, чем БМВ.
В конечном счете Me 262V1 получил поршневую силовую установку. Поэтому в его носовой части, где первоначально планировалось установить вооружение, был размещен подходящий по диаметру V-образный 12-цилиндровый двигатель Jumo 210G (Jumo — двигательный филиал фирмы «Юнкерс») мощностью 680 л. с. с двухлопастным воздушным винтом. В фюзеляже были установлены системы охлаждения горючего и масла. Резко увеличившаяся масса носовой части корпуса компенсировалась установкой в хвосте машины тяжелого противовеса.
Возникла парадоксальная ситуация — истребитель, изначально конструировавшийся под реактивный двигатель, должен был совершить свой первый полет с поршневым мотором. 18 апреля 1941 года на аэродроме в Аугсбурге летчик-испытатель Фриц Венд ель (Fritz Wendel) после долгого разбега сумел оторвать машину от земли. Взлетный вес Me 262 в этом испытании достигал 2662 кг. Слабый двигатель мог разогнать самолет в горизонтальном полете до максимальной скорости всего 418 км/ч. Скороподъемность оказалась еще менее удовлетворительной, хотя уже первый полет показал отличную управляемость машины и прекрасный обзор из пилотской кабины. Испытания Me 262V1 с поршневым мотором продолжались до 27 июля 1941 года. В ходе пробных полетов Вендель осуществил ряд пикирований на скорости до 540 км/ч, причем была выявлена незначительная вибрация планера.
Затем самолет вернули на завод фирмы, где на нем наконец-то установили первые реактивные двигатели BMW 003 (в целях соблюдения секретности последние были обозначены как «Sondertriebwerke» — «Специальные двигательные установки»). После стендовых испытаний на земле моторы разместили в узких крыльевых гондолах с круглыми воздухозаборниками в передней части; задняя оконечность в целях лучшего охлаждения турбины была открыта. На всякий случай был сохранен и поршневой двигатель Jumo в носовой части фюзеляжа.
25 июля RLM заказало Мессершмитту пять опытных образцов истребителя и двадцать предсерийных машин. Примерно в это же время фирма «Юнкерс» вышла на завершающую стадию создания реактивных двигателей Jumo 004. 26 сентября 1941 года Мессершмитт получил очередной заказ — на создание разведывательного варианта Me 262, оснащенного моторами Jumo и фотокамерами в носовой части (вместо стрелкового вооружения). Однако двигатели были доведены до уровня необходимой минимальной тяги (840 кг) только к началу 1942 года.
Непосредственно после завершения этих экспериментов в Аугсбурге продолжились испытания Me 262V1. После установки реактивных двигателей BMW 003 на опытный образец машины решением государственной комиссии по самолетостроению были продолжены наземные испытания всей системы. Поскольку новые моторы показали вполне удовлетворительные характеристики, решили продолжить тестирование в воздухе. 25 марта 1942 года образец «VI», оснащенный реактивными моторами, был поднят в воздух его бессменным испытателем Венделем. Хотя во время стендовых испытаний оба двигателя работали бесперебойно, в воздухе начались сбои: на высоте неполных двадцати метров вначале отказал левый, а затем и правый. Скорость (в результате резко возросшего аэродинамического сопротивления и потери тяги) упала до критической отметки, после чего Венд ель — один из лучших пилотов Германии, — ценой невероятных усилий все же сумел посадить практически неуправляемую машину.
Двигатели подвергли всесторонним исследованиям, в ходе которых выяснилось, что оба компрессора повреждены. В результате анализа возникшей ситуации испытания VI остановили вплоть до получения новых моторов. Реакция RLM была совершенно однозначной: госзаказ урезали до уровня постройки пяти опытных образцов, причем строительство 15 предсерийных машин должно было начаться только после удовлетворительного результата, достигнутого в ходе испытаний прототипов.
Вскоре «Мессершмитт» получил первые экземпляры новейших двигателей Jumo 004А. Последние были установлены на образце Me 262V3, постройка которого завершена 1 июня 1942 года. Новые моторы имели больший диаметр и продольные размеры, в результате чего пришлось доработать конструкцию мотогондол, способ их установки на крыле и подведения коммуникаций. Законцовки крыльев также были изменены в целях лучшей компенсации общего утяжеления планера и увеличения его габаритов; передний профиль крыла представлял собой ломаную линию. Размеры горизонтального оперения были уменьшены, а руль высоты снабжен дополнительным статическим приводом. Шасси Me 262V3 осталось практически неизменным, как и кабина, оснащенная выпуклым фонарем (в то время еще без лобового бронестекла и с развитым переплетом).
Поскольку ВПП в Аугсбурге оказалась малоподходящей для взлета и посадки скоростного самолета, последующие испытания перенесли в Ляйпхайм. Полоса этого аэродрома незначительно превосходила по длине аугсбургскую, но была бетонированной и имела большие зоны безопасности. Утром 18 июля 1942 года Фриц Венд ель выполнил несколько пробных пробегов по ВПП на скорости, близкой к скорости отрыва от земли. В ходе этих испытаний выяснилось, что хвостовое колесо значительно затрудняет управление машиной непосредственно перед взлетом — самолет не реагировал на изменение положения закрылков, в результате чего не мог оторвать хвост от полосы, чтобы продолжить разбег на основных стойках шасси и подняться в воздух. Краткий анализ возникшей проблемы показал, что причина заключалась в том, что при разбеге с относительно большим углом атаки закрылок попадал в мощные завихрения воздуха и не мог влиять на положение машины. Единственным эффективным решением вопроса могло быть лишь изменение схемы шасси (установка носовой стойки).