此時，韓國已具備一定的航空工業實力。為替換即將大量退役的F-4E、KF-5E戰鬥機，韓國於2001年提出五代機KF-X項目。該項目被韓國政府提升到“國家目標”高度，按照最初設計的技術和戰術指標，將全面超越法國“陣風”和歐洲“台風”戰鬥機。
直到2012年，韓國航空工業才提出多套擁有內部彈艙的隱身戰鬥機設計方案，並公布了一批概念圖和模型，形成了鴨式氣動布局和常規氣動布局兩個系列，經方案對比最終選擇了難度較低的常規氣動布局。3年後，KF-X項目進入工程設計階段。韓國國防發展局作為牽頭方，負責設計審核、項目監管和系統集成等工作；韓國航宇工業公司作為主承包商，承擔總體設計製造工作；其他幾家韓國企業承擔各子項目和零部件生產工作。
經測算，KF-X項目將耗資8.8萬億韓元。為有效分攤研製成本，韓國與印度尼西亞一起進行項目研發——研製費用韓國出80%，剩下20%由印尼支付，後者還需按合同規定採購至少48架戰鬥機。
在爭取技術支持方面，韓國再次找到美國洛·馬公司。不過，美國這時候“打起了算盤”——為了防止韓國研製出比肩F-35的先進戰鬥機，對韓國提出包括25項核心技術在內的清單，美國進行了嚴格審查，甚至一度要求韓國停止KF-X項目，轉而購買F-15戰鬥機來彌補老舊戰鬥機退役形成的戰鬥力空白。在韓國政府堅持下，美國最終同意洛·馬公司轉讓21項技術，至關重要的機載有源相控陣雷達、紅外搜索與跟蹤系統、光電瞄准吊艙、射頻干擾機4項核心技術則被禁止出口。
KF-21戰鬥機研發一波多折。雖然在研發獨立性上做了妥協，但在項目主導權、自研還是外購戰鬥機等問題上，韓國沒有退讓。也正是這種務實做法，對KF-X項目的持續推進、KF-21戰鬥機的首飛起到關鍵作用。
2021年4月9日，KF-X首架原型機順利下線，命名為“KF-21”。該機於去年7月首飛，預計2026年完成一系列試飛後定型生產，在2032年前製造至少120架，以滿足韓印兩軍需要。
缺少關鍵核心技術，戰鬥機無奈降級為四代半
當KF-21原型機下線後，現實與夢想的差距也隨即呈現在世人面前。外界對KF-21戰鬥機的質疑不限於戰機自身性能，其研發的合理性也一度被打上了問號。該機沒有內部彈艙，以機腹半埋方式搭載中距空空導彈，機翼和機身側面也用來掛載其他外掛武器和光電吊艙。顯然，這種布局具有較大雷達反射面積，與五代機要求相差甚遠，只能勉強算是一架四代半戰鬥機。
事實上，在KF-X項目啟動不久，韓國就意識到光靠本國航空工業無法研製出五代機。韓國不具備高性能航空發動機研發能力，因此從美國採購發動機成為項目順利推進的關鍵。最終，韓國決定採用美國通用電氣F414-GE-400K型渦扇發動機，為此還向美國採購了240台發動機和相應備件以供量產使用。
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