Носовые части фюзеляжей перехватчиков были идентичны. Воздухозаборники большого диаметра имели центральное тело - радиопрозрачный конус, который, в отличие от конуса на Е-150, был неподвижным. Подача воздуха в двигатель регулировалась не выдвижением конуса, (эта система была хорошо отработана на всех предыдущих типах опытных перехватчиков), а движением вперед-назад переднего кольца-обечайки воздухозаборника. Подвижная обечайка, скользившая по наружной части фюзеляжа, двигалась по четырем направляющим при помощи гидропривода. В зависимости от скорости обечайка фиксировалась в трех положениях. Таким образом, менялась площадь сечения входного отверстия. Обе новые модификации перехватчика были рассчитаны на подвеску ракет средней дальности К-9, однако отличались бортовыми радиолокационными станциями. Если Е-152 был спроектирован под установку станции "Ураган-5Б", то на Е-152А планировали установить новую РЛС типа "ЦП-1", также предназначенную для работы в системе перехвата "Ураган-5".

Разработка ракеты К-9 (иногда она обозначалась как К-9-155) проводилась совместно ОКБ-156 Минавиапрома (конструкция) и КБ-1 Минвооружения (система наведения). Ракета должна была войти в состав автоматизированного комплекса перехвата "Ураган-5Б" и применяться с истребителей-перехватчиков Е-150, Е-152-1, Е-152А, Е-152-2 и Е-152П/М. Условия применения ракеты К-9 (большие скорости пуска и сближения с противником, неманевренный характер атаки, подсветка цели мощной бортовой РЛС перехватчика) привели к появлению ряда конструктивных особенностей. Мощный двурежимный двигатель со стартовой тягой 5500 кг вначале разгонял снаряд до скорости 1400 м/с, а затем переходил на крейсерский режим с тягой 2500-3000 кг. Подсветка траектории полета ракеты производилась радиолучей самолетной РЛС. Вес К-9 составлял 245 кг, из которых 103 кг приходилось на двигатель, 15 кг весила радиолокационная головка самонаведения и 27 кг - боевая часть с неконтактным радиовзрывателем, обладавшая радиусом поражения 20-30 м. Головка ракеты К-9 была всеракурсной и позволяла атаковать самолет противника с любого направления, хотя ее несовершенство и ограничивало дальность пуска девятью километрами. Наведение ракеты на цель происходило по методу параллельного сближения. Это требовало при подсветке цели непрерывного согласования частот излучения РЛС самолета-носителя и отраженных от цели сигналов. Для приема сигналов излучения самолетной РЛС на оперении ракеты устанавливались антенны-штыри канала синхронизации. Это громоздкое сооружение в дальнейшем заменили, разместив антенны-пластины на корпусе. (Забегая вперед, следует сказать, что в 1961-1967 годах проводились летные испытания ракет К-9 (точнее - их макетов), но реальных пусков не было в связи с закрытием работ по системе "Ураган-5"),

В постройку заложили два опытных экземпляра самолета Е-152 и один экземпляр Е-152А. Первым, еще в 1959 году, закончили сборку перехватчика Е-152А (машина имела красный бортовой номер "152А"). Как уже упоминалось, крыло Е-152А по своим геометрическим размерам и конструкции было аналогично крылу Е-150 за исключением изменений в корневой части за вторым лонжероном, вызванных расширением двигательного отсека. Консоли стабилизатора были также аналогичны консолям стабилизатора Е-150, поэтому общий размах горизонтального оперения получился большим. Для улучшения посадочных характеристик Е-152А имел три хвостовых тормозных щитка (один под фюзеляжем, два по бокам) и один двухкупольный тормозной парашют. Топливная система состояла из шести фюзеляжных баков, двух крыльевых, и одного бака, располагавшегося между створками основных стоек шасси (общая емкость составляла 4400 л). Система катапультирования предусматривала защиту летчика фонарем. В состав основного радиооборудования входили УКВ-радиостанция РСИУ-4В, радиокомпас АРК-54Н, приемопередатчик системы госопознавания СРО-2, станция "Метеор" и т.д.

Было принято решение установить на Е-152А новую бортовую РЛС "ЦП-1", созданную по предложению ЦКБ "Алмаз". Станция представляла собой значительно более эффективный радиолокатор с дальностью обнаружения крупноразмерной цели (бомбардировщика) до 45-50 км (вместо 17 км у станции "Ураган-5Б"). ЦКБ "Алмаз" одновременно разрабатывало аппаратуру для полуактивной головки самонаведения ракеты К-9. В конструкции РЛС впервые широко использовались полупроводники. На самолете Е-152А с радиолокатором "ЦП" были сопряжены счетно-решающее устройство СРП и автопилот. В связи с установкой хорошо отработанных в производстве двигателей эта машина оказалась подготовленной к испытаниям даже раньше, чем Е-150. Ее подготовку к летным испытаниям завершили в июне 1959 года. 10 июля первый полет на ней выполнил Г.К.Мосолов. Заводские испытания, завершенные 6 августа 1960 года, дали следующие результаты: максимальная скорость на высоте 13700 м составила 2135 км/ч, а на 20000 м - 2500 км/ч, практический потолок достигал 19800 м. Высоту 10000 м самолет набирал за 1,48 минуты, а 20000 м - за 7,64 минуты. С пилонами была достигнута скорость 1650 км/ч на высоте 13000 м. В процессе испытаний было проведено 10 запусков двигателей в воздухе на высотах от 6000 м до 10500 м. Во всех случаях двигатели запускались с первой попытки за 15-25 секунд. Максимальный взлетный вес с двумя ракетами К-9 составлял 13600 кг, а с дополнительным подфюзеляжным подвесным баком на 600 л - 13960 кг. Заводские испытания проводили летчики Г.К.Мосолов и А.В.Федотов. В общей сложности было выполнено 55 полетов, из них 51 полет - без подвесных пилонов, два - с пилонами, еще два - с макетами ракет К-9.

Самолет Е-152А, продемонстрированный в полете на авиационном празднике 1961 года в Тушино, некоторое время пользовался пристальным вниманием экспертов НАТО, присвоивших ему кодовой наименование Flipper (ласт, плавник) за расширенную форму хвостовой части с большими подфюзеляжными гребнями.