Le XLR-99 devait pouvoir fonctionner sans danger quelles que fussent l'attitude, et l'altitude de l'avion, et les conditions de vol : allumage, fonctionnement sous fortes accélérations et extinction. Doté d'un dispositif de contrôle de poussée entre 30 et 100 % de la poussée maximale disponible, il devait encore être capable de réallumages multiples. Reaction Motors avait accepté un délai de 30 mois. Malheureusement, la conception, basée sur un développement complémentaire -supposé modeste- du XLR-30, se révéla vite erronée.

Le constructeur avait complètement sous-estimé le délai nécessaire au développement. Il fallut quasiment créer un moteur nouveau qui était aussi plus complexe. Par ailleurs, le motoriste qui avait fait preuve d'une certaine légèreté, gérait son projet de manière aberrante, aussi bien dans le domaine des méthodes que dans celui des essais. Il fallut attendre le premier trimestre de 1957 pour que les difficultés du motoriste éclatassent au grand jour sous la pression de North American.

Le 19 février 1957, Reaction Motors avoua son incapacité et demanda à l'Air Force l'autorisation de dégrader sensiblement les performances contractuelles (masse diminuée de 267 à 280 kg, impulsion spécifique en diminution de 241 à 236 s). L'Air Force accepte cet assouplissement, en l'assortissant d'un allongement des délais de quatre mois.

Le 10 juillet 1957, le motoriste demanda à ce que la masse du moteur fût une nouvelle fois revue à la hausse, de 280 à 379 kg, faute de quoi une autre rallonge de neuf mois sur les délais serait nécessaire. Incidemment, il était indiqué que le coût du programme XLR-99 avait doublé (21,8 millions au lieu de 10 !). La encore, l'Air Force accepta, avec la désagréable impression d'être mise devant le fait accompli. Malgré ces concessions, au deuxième semestre de 1957 la situation chez Reaction Motors subit une nouvelle aggravation, La principale difficulté venait de la chambre de combustion et, plus précisément; du système d'injection. Cet injecteur en serpentin avait un fonctionnement aléatoire à bas régime. De plus, le refroidissement de la chambre de combustion par l'ammoniaque n'était pas simple à réaliser, surtout en limite basse de la plage de poussée une fois encore.

Dès 1955, le laboratoire de propulsion de Wright Field avait prévu ces problèmes de stabilité de combustion et de refroidissement à faible régime et avait préconisé -sans succès- une réduction de la plage de poussée de 50 à 100 % au lieu de 30 à 100 %.

Pour l'heure, chaque nouvel essai de la chambre se traduisait par l'impossibilité de respecter les spécifications et délais et les coûts s'envolaient. Fin 1957, Reaction Motors demanda à l'Air Force une nouvelle prolongation de six mois et lui révéla le nouveau coût du programme : 34,4 millions de dollars ! D'inquiétante, la situation devenait gravissime au tournant de l'année 1957, pour deux raisons principales. En premier lieu, les difficultés rencontrées par le motoriste menaçaient directement l'ensemble du programme X-15 et risquaient de le faire échouer.

En second lieu, depuis octobre 1957, date du lancement de Spoutnik 1, l'Amérique demandait une réplique éclatante, rapide, à ses scientifiques, et le X-15, premier avion aux performances spatiales, était soudain devenu l'instrument idéal de cette revanche. Au cours du premier semestre 1958, la situation catastrophique du XLR-99 eut des répercutions jusqu'au sommet de la hiérarchie de l'Air Force, le Général Samuel E. Anderson, Directeur de l'ARDC, alla même jusqu'à menacer le président de la Thiokol Corp à laquelle était désormais rattachée Reaction Motors, de résilier le contrat. Dans l'immédiat, l'USAF relança l'idée d'utiliser deux "petits" moteurs XLR-11 pour assurer l'intérim du XLR-99.

Simple coïncidence ou pas, les nouvelles en provenance du motoriste s'améliorèrent à partir de juillet 1958. Dans les quinze premiers jours, il y eut davantage d'heures d'essais que pendant toute la période de développement antérieure. Au 7 août, les performances étaient respectées à 97,5 %. En octobre, la définition pouvait enfin être considérée comme figée.

Le XLR-99 était d'une grande complexité mécanique. La chambre de combustion, dans sa version finale, avait un col d'un diamètre de 21,9 cm et une tuyère d'un diamètre de 99,8 cm. La chambre était refroidie par le combustible, et sa construction utilisait un faisceau de 196 tubes d'acier inoxydable. Le liquide réfrigérant circulait dans un sens à l'intérieur d'un tube, et dans l'autre sens à l'intérieur du tube adjacent. Après avoir longtemps investi sur un injecteur en serpentin, l'industriel s'était orienté vers un autre modèle en forme de pomme d'arrosage, réalisé en Inconel X. Le système d'allumage comprenait deux étages.

Au premier, le mélange comburant/combustible était enflammé par une bougie. Le produit de la combustion servait alors à allumer le deuxième étage. La turbopompe était alimentée par du peroxyde d'hydrogène vaporisé à 740°C. Ce gaz entraînait par l'intermédiaire d'une turbine, deux pompes, l'une pour l'oxygène liquide à 13 000 tours/min et l'autre pour l'ammoniaque à 20 790 tours/min.

Le flux du mélange vers la chambre de combustion atteignait 5,9 tonnes/min à pleine poussée ! La modulation de la poussée s'obtenait simplement par variation de la vitesse de rotation de la turbopompe.

Le 18 avril 1959, l’Air Force réceptionna le premier des quatre moteurs associés au programme de qualification. Le calendrier établi au printemps 1959 prévoyait la conclusion du programme au premier septembre et la livraison à Edwards du premier moteur " bon de vol " (sur une dotation totale de 12) pour la fin juillet 1959. Mais ces prévisions, une fois de plus, s'avérèrent très optimistes. En définitive, il fallut attendre le 28 mars 1960 pour voir le XLR-99 à Edwards. Quant au programme de qualification, il ne démarra qu'en septembre 1960 et sa conclusion, quatre mois plus tard, coïncida avec la fin des essais en vol du X-15 équipé du gros moteur. Dès lors que le X-15 et son moteur étaient en construction, il était temps de s'occuper de la phase suivante.