После всесторонних испытаний на армейском полигоне в Мартлсхем-Хит, самолет передали в исследовательский центр в Фарнборо. В 1937 году самолет использовали в качестве учебной цели на полигоне Орфорднесс.

Весной или летом 1935 года самолету «Тип 224» присвоили собственное имя — «Спитфайр». В разговорном английском слово «spitfire» означает «злобный, нервный, вспыльчивый человек» или в данном случае даже «человек, писающий кипятком».

Летом 1934 года, когда еще шли испытания самолета «тип 224», фирма «Супермарин» приступила к переговорам с Министерством авиации, предлагая новую, более совершенную машину. Новый самолет «тип 300» представлял собой развитие «типа 224». Ожидалось, что за счет использования убирающегося шасси, устранения выступающих деталей, замену гофрированной обшивки гладкой и уменьшения размаха крыла удастся увеличить максимальную скорость самолета примерно на 50 км/ч. В конце 1934 года проект «Супермарин № 425а» представили в Министерство авиации.

Военные не слишком заинтересовались предложением фирмы. Но Митчелл не сдавался и его коллектив продолжал совершенствовать «тип 300». Ранней осенью самолет оснастили более тонким крылом размахом всего 11,3 м. Кабину закрыли фонарем, а конструкцию облегчили за счет использования работающей обшивки. Двигатель планировалось оставить прежним. Ожидалось, что скорость самолета составит около 450 км/ч. С более мощным двигателем самолет мог развить и большую скорость. На подходе были 700- и даже 800-сильные двигатели «Напьер Даггер». 6 ноября 1934 года руководство концерна «Виккерс» вмешалось в работу фирмы, предложив оснастить самолет перспективным двигателем «Роллс-Ройс PV XII» (в будущем этот двигатель прославился под названием «Мерлин»). Но в то время мотор PV XII еще был сыроват и не годился для установки на самолет. В июле 1933 года двигатель прошел 100-часовое испытание, показав стартовую мощность 635 л.с. и максимальную мощность 800 л.с. на высоте 12000 футов (3700 м). Ожидалось, что мощность мотора удастся довести до 1000 л.с. В ноябре 1934 года Митчелл получил согласие на продолжение работ над самолетом «тип 300» с двигателем PV XII. Это решение утвердил директор концерна «Виккерс (Эйвиейшн) лтд.» сэр Роберт Маклин. Концерн взял на себя финансирование проектных работ, ожидая получить правительственный заказ. Министерство авиации поддержало идею оснастить самолет двигателем PV XII. 1 декабря 1934 года фирма получила заказ AM 361140/34 на выпуск прототипа «доработанного самолета F.7/30» суммой 10000 фунтов стерлингов. Новый самолет следовало представить к октябрю 1935 года.

3 января 1935 года Министерство авиации опубликовало техническое задание F.37/ 34, во многом основанное на предложениях Митчелла. Эта спецификация представляла собой двухстраничное дополнение к прежнему техзаданию F.7/30. Конкретных требований к характеристикам самолета по-прежнему не предъявлялось. Утверждалось лишь, что они должны быть максимально возможными.

Двигатель PV XII оказался почти на треть тяжелее, чем «Госхоук». Чтобы скомпенсировать смещение центра тяжести вперед, значительно уменьшили стреловидность передней кромки крыла. При этом логичным шагом стало придание крылу эллиптической формы, ставшей отличительной чертой нового самолета. Такая форма крыла обеспечивала минимальное сопротивление (теоретически идеальную аэродинамику имеет именно овальное крыло). Но не это было главным. Эллиптическое крыло имеет больший внутренний объем, чем аналогичное по свойствам крыло трапециевидной формы. Именно это обстоятельство учитывалось прежде всего, так как в крыле предполагалось разместить убирающееся шасси и вооружение. Для крыла выбрали про-)иль NACA 2200 переменной высоты от. — фюзеляжа до 6 % на законцовках. Некоторые авторы утверждают, что английские конструкторы позаимствовали крыло у немецкого самолета «Хейнкель Не 70». Но это не так. Не 70 был самолетом совсем другого типа, другого предназначения и других скоростных характеристик.

Несмотря на определенную похожесть, крыло Не 70 имело совсем другую форму, профиль и толщину. Но Митчелл, все же позаимствовал кое-что из конструкции Не 70 — а именно заклепки с потайными головками. Совместить максимальную прочность и жесткость крыла с минимальной массой оказалось нелегко. Главный лонжерон составили из двух балок закрытого сечения, составленных из нескольких профилей, вставленных друг в друга. Лонжерон соединялся с нервюрами, установленными на одинаковом расстоянии друг от друга. Обшивку передней кромки крыла выполнили из толстого дюралевого листа. В результате вдоль передней части крыла образовалась удлиненная камера, имевшая D-образное сечение. Камера играла роль основной несущей конструкции крыла, одновременно работая и в качестве конденсационной камеры. Четыре пулемета установили в крыле. Пулеметные стволы находились внутри трубок, проходивших через камеру. Так удалось создать прочное и в то же время легкое крыло, во многом обеспечившее успех всего самолета.

Другой необычной чертой крыла была его скрученность. Угол атаки у основания крыла составлял +2 гр и постепенно изменялся до -0,5 гр у законцовок. В результате срыв воздушного потока начинался у основания крыла. При этом возникала характерная вибрация, предупреждавшая пилота о необходимости выйти из маневра. При этом воздушный поток у законцовок еще оставался нормальным, и самолет слушался элеронов.

Стойки шасси прикрепили к задней поверхности главного лонжерона. Стойки убирались наружу и назад, так что их ниша находилась в задней части крыла, не испытывающей серьезных нагрузок. Колею шасси решили сделать узкой, чтобы при касании не перегружать лонжерон.

Для дополнительного охлаждения двигателя при взлете и посадке самолет оснастили выдвигающимся радиатором, расположенным за кабиной. Других отверстий на нижней поверхности фюзеляжа и крыльев не предусматривалось. Воздухозаборник карбюратора находился у основания крыла, а воздухозаборники маслорадиатора — по бокам носовой части фюзеляжа, сразу за двигателем. Поскольку техзадание предусматривало возможность использовать самолет в качестве ночного истребителя, выхлопные газы отвели под днище самолета.

Вопреки бытующему мнению, планер F.37/34 буквально не имел ничего общего с прежними гидросамолетами Митчелла. Зато опыт создания рекордных самолетов широко применялся в конструкции двигателя, оснащенного натриевым охлаждением клапанов и свечами, способными работать при значительных степенях сжатия. Опыт учитывался и при создании винта для скоростного самолета.

В это время командир эскадрильи Ральф Сорли, руководивший отделом оперативных требований в Министерстве авиации, предложил, что современный истребитель должен нести по меньшей мере восемь пулеметов. Мнение Сорли поддержал начальник штаба авиации Эдгар Ладлоу-Хьюит. Пункт о необходимости вооружить самолет восемью пулеметами появился в техзадании F.5/ 34, но оно не касалось «Спитфайра». Позднее это требование повторили в техзадании F. 10/3 5, тогда конструкцию истребителя доработали. Чтобы скомпенсировать массу четырех дополнительных пулеметов с самолета сняли все бомбовое оборудование и уменьшили объем топливных баков с 94 до 75 галлонов (с 420 до 340 л). При этом обозначение самолета осталось прежним — «Супермарин F.37/34».

В июне 1935 года в Фарнборо в аэродинамической трубе состоялось испытание модели в масштабе 1:24. Испытания показали, что самолет склонен к впадению в плоский штопор. Увеличение площади киля на 40 % лишь незначительно исправило ситуацию, поскольку в штопоре, киль заслонялся горизонтальным стабилизатором. Проблему удалось разрешить другим образом — горизонтальный стабилизатор подняли на 18 см, а фюзеляж удлинили на 23 см.

В середине 1935 года оставалось устранить последний крупный недостаток самолета. До сих пор предполагалось, что двигатель PV XII будет иметь поверхностное охлаждение, которое, как уже известно, влечет определенные проблемы. Но Митчелл не хотел использовать классический наружный радиатор, который увеличивал лобовое сопротивление самолета. К счастью именно тогда Фред Мередит из центра в Фарнборо разработал новый тип радиатора. Благодаря внутренней конструкции теплый воздух, выходивший из радиатора, создавал реактивную тягу. Тяга была небольшой, но вполне компенсировала аэродинамическое сопротивление радиатора, а в некоторых режимах полета даже превосходила сопротивление. Эффективность радиатора удалось повысить, используя в качестве рабочего агента этиленгликоль вместо воды. Этиленгликоль имеет температуру кипения более высокую, чем вода, потому рабочую поверхность радиатора удалось сократить почти в два раза.