在其F-22的繼任者研發競爭中失利後，洛克希德・馬丁公司面臨着挑戰與機遇：既要保住其在作戰飛機領域的主導地位，又要通過升級F-35來填補空白。

洛克希德・馬丁公司首席執行官詹姆斯・泰克萊特(James Taiclet)明確表示，他的計劃是“打造一座性價比卓越的橋梁”，連接當前的第五代戰鬥機與第六代波音F-47——後者是美國空軍“下一代空中優勢”（NGAD）計劃的勝出者。

泰克萊特在7月22日對分析師表示，F-47至少需要5年（甚至可能長達10年）才能投入服役。他認為，在這個空窗期，需要一種具備過渡能力的裝備。為了填補這一空白，泰克萊特提出把大量自主研發的NGAD技術移植到F-35，可能還有F-22上，力求在隱身等方面達到第六代戰鬥機80%的效能，而單位成本僅為其50%。

達羅爾德・卡明斯(Darold Cummings)曾擔任諾斯羅普公司YF-23戰鬥機的首席構型設計師，如今仍是一名活躍的飛機設計師。他對F-35的升級方向有自己的見解。在沃思堡的洛克希德・馬丁航空部門，工程師們正回顧F-16項目，以期為F-35的最佳升級路徑尋找靈感。按當前的訂單量來看，F-35的生產還將持續十多年。

他們特別關注箭形機翼的F-16XL是如何通過公司自主投資，從一款輕型作戰飛機升級為遠程打擊戰鬥機的。同樣地，卡明斯也以F-16XL為出發點進行思考。他提出，洛克希德・馬丁公司可以通過兩種策略來實現其目標。一是延長機身以增加燃油容量、改善長細比，並通過加裝鴨翼或擴大機翼面積來增加升力面積；二是採用推力矢量技術以取消尾翼。

自4月起，卡明斯基於洛克希德公司過去的實驗項目，設計了三種F-35的升級概念方案，分別針對短期、中期和長期的性能提升與隱身性增強。

在短期的F-35EX概念中，機身延長了60英寸（約1.52米），類似於F-16XL的設計，同時用鴨翼前翼和多軸推力矢量系統取代了垂直和水平尾翼。後者基於1992年首次在F-16C上試飛的低可探測軸對稱噴管，以及目前裝配在X-62AVISTA（可變飛行穩定性測試飛機）——一款經過高度改裝的雙座F-16D上的軸對稱矢量排氣噴管。

由於F-35機身較短，再加上容納武器艙和起落架所需的機身橫截面，導致其長細比較差。這是F-35無法進行超音速巡航的主要原因。F-16XL通過將機身延長56英寸（約1.42米）解決了這一問題。延長機身可以提高長細比，從而提升超音速飛行時的升阻比，同時增加燃油和設備的容納空間。

卡明斯設計的F-35EX概念最大限度地採用了F-35A和F-35C的部件，包括採用更大的F-35C機翼，並搭配鴨翼用於俯仰控制和獲得最大升力。據他估算，機身延長後增加了4000磅（約1814千克）的燃油容量。此外，一個與F-35C外部機炮吊艙外形相同的外部油箱還能容納1500磅（約680千克）燃油。兩者相加，燃油容量較基準型F-35C增加了30%。卡明斯認為，F-35EX可作為美國海軍F/A-XX的短期替代方案。

中期的F-35FX概念採用了F-35EX的核心機身，但融入了洛克希德公司另一項過往實驗項目——X-44 MANTA（多軸無尾飛機）的技術。X-44源自F-22，旨在測試不依賴傳統尾翼、完全依靠三維推力矢量實現全權限俯仰、滾轉和偏航控制的可行性。

無尾設計的F-35FX採用了與MANTA相似的截角三角翼平面形狀，以降低雷達截面積並優化超音速面積率分布，同時配備先進的隱身三維矢量噴管。卡明斯估算，憑藉延長的機身和更大的機翼，其內部燃油總量約為30000磅（約13608千克），比F-35A增加50%。

F-35GX是一款着眼長期、最大限度提升低可探測性的概念方案。該構型以F-35FX的布局為基礎，將前機身形狀修改為70度直脊線設計，進氣道移至脊線下方，機翼尖端截角以匹配70度脊線角度，並且機翼、整流罩和噴管的所有後緣都對齊，以降低雷達信號特徵。

卡明斯的設計理念中顯然體現了F-16XL的影子，但由於技術和資金方面的原因，升級F-35可能不像升級F-16那樣容易。

1980年12月，通用動力公司首席執行官戴維・劉易斯為沃思堡分部提供了5300萬美元的公司資金（按今天的價值計算超過2億美元），用於建造兩架F-16XL飛行測試原型機。

美國空軍提供了兩架F-16A原型機用於改裝為F-16XL，其中一架的前起落架曾出現故障並受損。1981年1月開始零部件製造，首架飛機於1982年7月3日試飛——距劉易斯批准該項目僅19個月。

如此快的執行速度部分得益於F-16的設計，其機翼與機身側面相連，因此在結構上更換機翼相對簡單。F-16XL以及日本基於F-16研發的三菱F-2（擁有更大的機翼和更長的機身）都採用了這種設計。

而在F-35上，機翼與機身結構融為一體以減輕重量，這可能使得延長機身和更換機翼更為複雜。正因如此，卡明斯在所有三個概念方案中，都將後翼梁與機身的貫通結構設計在一起。

在研製YF-23時，最耗費人力、最棘手的三件事是座艙與艙蓋、武器艙以及起落架——尤其是起落架與武器艙的位置關係。這些問題在F-35上都已經解決了。相比這三件事，新機翼和其他部件的實施要簡單得多。因此，F-35的改進從技術角度來說難度要低很多。

最終，F-16XL在空軍的雙用途戰鬥機競爭中輸給了波音的F-15E，但F-16不斷升級，最終衍生出至今仍在生產的Block70型號。未來幾個月，洛克希德公司是否會為升級F-35投入同樣可觀的公司研發資金，答案將逐漸清晰。