Prowadzili ją kolejno Siegiej Jegerow i Dmitirij Markowow.
Zgodnie z panującymi wówczas tendencjami zdecydowano się na układ trzysilnikowy z silnikami umieszczonymi w części ogonowej samolotu, z wlotem powietrza do trzeciego silnika przy nasadzie statecznika pionowego. Konstrukcja kadłuba samolotu Tu-154 jest zbliżona do brytyjskiego samolotu pasażerskiego Hawker Siddeley Trident. Aby umożliwić korzystanie z lotnisk o słabszej nawierzchni, zdecydowano się na podwozie z dwiema sześciokołowymi goleniami pod skrzydłami oraz jedną dwukołową golenią pod przednią częścią kadłuba, obniżając tym samym nacisk kół na podłoże. Tu-154 jest nieznacznie większy niż Trident, wyposażono go też w silniki Kuzniecow NK-8-2 o większej mocy. Z powodu małej dbałości o ekonomiczność maszyny należy ona do najbardziej paliwożernych samolotów w swojej klasie.