东风三号方案论证工作从1964年初陆续开始，在总体、各分系统之间反复进行。
首先，制导系统是采用平台─计算机方案，还是采用捷联式补偿方案?这是东风三号方案论证中一个争论较大的问题。在60年代中期，中国的电子计算机工业与精密机械工业基础还比较薄弱，平台─计算机方案虽先进，但要在短期内研制成功难度太大;而捷联式补偿方案已经有了一定的基础，技术上比较成熟，在短期内研制成功的把握性较大。实践表明：采用捷联式补偿方案，仅用了一年多的时间，就设计生产出了可供飞行试验的制导系统，制导精度超过了原定的指标。
其次，在选择提供控制力的执行机构方案时，争论也比较大。两种方案：一种是采用当时国外型号已应用的比较先进的方案，用伺服机构摆动发动机;另一种则是继续采用“1059”、东风二号上应用的由舵机带动燃气舵的方案。采用摆动发动机的方案，是当时国际上的一项新技术，在性能上比较优越。但对中国来说，一些研究和试验的条件刚在筹备，缺乏预研的技术基础，在短期内要拿出成果是不现实的。而采用燃气舵方案，虽然也有一些技术问题需要解决，但比起摆动发动机方案终究要成熟得多，可靠得多，实现可能性比较大。通过反复论证与分析研究，最后确定在东风三号上仍采用燃气舵方案。采用了燃气舵方案，大大缩短了东风三号的研制进程。
第三，动力装置系统。首次采用红烟硝酸和偏二甲肼可储存推进剂，发动机四机并联。在活门、导管上采用了具有良好密封性能的双道密封件、多层双补偿管、子母式安全阀以及新型电爆式活门;推力室采用平头、再生冷却波纹板钎焊结构方案;采用主推进剂作为涡轮工质，简化了发动机系统的结构，提高了可靠性。
第四，弹体结构。经过反复论证，确定弹体直径为2.25米;推进剂储箱采用了高强度抗腐蚀性的可焊铝合金和化学铣切的密肋网状加筋结构，使中程导弹储箱的重量减少了25%─30%;用敏合金制造中程导弹上的气瓶，从而显著地降低了结构重量。1枚导弹用钛合金气瓶代替合金钢气瓶，就可减轻100多千克的结构重量;弹头与弹体的分离机构第一次采用了剪切式爆炸螺栓和火药作动筒，结构简单可靠，操作十分方便，大大缩短了头、体对接连接的时间。
第五，地面设备系统。采用全套设备机动化，使东风三号既可实施固定阵地发射，也可实施有依托的预先准备的有限范围内区域性公路机动发射。这就要求地面设备的车辆能通过等级最低的IV级公路，即最小转弯半径小于15米。为此中程导弹地面设备车辆采用全轮转向技术，改善机动性能，提高起竖车和弹体公路运输车的通过性。
发射台的火焰导流是导弹在发射时的一个重要问题。东风二号发射台是沿用“1059”的四面导流锥排除发动机燃气流的方案。而中程导弹采用四机并联的发动机、发射时由于瞄准射向需要回转弹体，因而每个发动机的火焰中心相对发射台导流器的位置都要变化，不能采用四面导流锥的方案，加上为液压化操作安装的液压操纵箱，挡住了一个象限的导流空间。为此，选用了双面导流器方案。导弹发射时，火焰就可能扩散到外面去，危及发射台的安全。为了解决这个问题，在导流器两侧增加挡板以限制火焰的宽度。这是一个独特创新的方案。
