Début octobre 1965 avait eu lieu à Edwards la Quatrième conférence technique générale du programme X-15. A cette occasion, la NASA avait présenté la maquette d'un X-15 équipé d'une voilure delta à forte flèche. Ce projet spectaculaire avait, pour l'Administration spatiale américaine deux objectifs principaux :

- Evaluer en vol hypersonique, entre Mach 5 et Mach 6, la voilure delta pourvue d'élevons et de dérives aux extrémités, susceptible d'être utilisée sur la prochaine génération d'avions spatiaux hypersoniques.

- Après l'abandon du projet X-20 DynaSoar, étudier une structure chaude plus performante, à base de matériaux nouveaux tels que le Columbium ou le René 41, substitués à l'inconel X. A l'inverse du X-15A-2, le X-15 Delta pourrait donc s'aventurer au-delà de Mach 6 sans manteau protecteur, et serait ainsi de plus grande valeur pour l'étude des problèmes d'échauffement cinétique.

Dans un souci d'économie, la NASA ne demandait pas la réalisation d'un quatrième X-15, mais pensait modifier le X-15 n° 3 (n° 56-6672). Plusieurs systèmes devraient aussi être conservés en l'état. Par ailleurs, et même si une étude de North American proposait d'utiliser le XB-70 Valkyrie trisonique comme nouvel avion-mère, le X-15 Delta étant alors placé sur le dos du bombardier, la NASA préférait conserver le NB-52, ce qui obligeait à conserver sur le nouveau X-15 l'envergure d'origine et la masse maximale du X-15A-2, Pour autant la physionomie et les caractéristiques du nouvel avion s'écartaient quand même beaucoup de la définition d'origine.

Les ailes courtes et la queue gauchissante du X-15 de base laissaient la place à une voilure Delta à forte flèche (76°), de même envergure, mais de 56,02 m2 de surface, avec des élevons pour le contrôle en tangage et en roulis, et des dérives aux extrémités. La dérive dorsale était la même : à instar du X-15A-2, la dérive ventrale était aménagée pour l'installation future d'un statoréacteur. Le fuselage voyait sa longueur augmentée de 3,81 m afin, notamment d'accroître la capacité des propergols.

En Outre, et pour assurer un temps de propulsion d'environ 150 secondes, un réservoir externe unique, pourrait être fixé sous le fuselage. Si la NASA souhaitait conserver, a priori, le système de propulsion existant, elle encouragea quand même toute proposition conduisant à l'élimination du réservoir externe, et à une réduction de la masse maximale au largage.

L'effort d'allégement se traduisait aussi par l'élimination des équipements installés sur le X-15 normal tel que le système de stabilisation à haute altitude qui n'aurait plus d'utilité, Le démarrage effectif du projet devait attendre que le X-15 n° 3 ait terminé ses vols, vers la fin de l'année 1967,

Dans son budget prévisionnel de 1968, la NASA demanda un million de dollars pour 1^e X-15 Delta. Le 26 mai 1967, les réponses à l'appel d'offres arrivèrent sur 1e bureau de James E, Love, responsable du projet X-15 pour la NASA à Washington. Comme il fallait s'y attendre, la proposition de North American/ Rockwell, qui avait déjà consacré des centaines d'heures de travail au X-15 Delta depuis la mi-1965, arrivai largement en tête.

En 1967, il était prévu que la X-15 Delta serait disponible en 1966, et que sa carrière opérationnelle serait étalée entre 1969 et 1971/ 1972. Pourtant, le contexte général n'était pas favorable ; après une longue période de fonctionnement à budget ouvert, la NASA, au tournant du programme Apollo, devait désormais justifier ses dépenses.

Là-dessus, le vol du X-15A-2 à Mach 6,70, en octobre 1967, vînt refroidir l'optimisme de ceux qui rêvaient d'utiliser le X-15 Delta en croisière hypersonique. Enfin, le couperet fut, bien sûr, la perte du X-15 n° 3 dans l'accident mortel du 15 novembre 1967. L'épopée du X-l5 était alors définitivement terminée.