O novo projeto da Republic, XP-47B, tinha que atender os seguintes requisitos definidos pelo USAAC:
O projeto começaria a partir do motor Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp, pois este apresentava complexidade em sua instalação e da fuselagem alongada do projeto P-43, mantendo a cabine, refazendo a cauda e aumentando a envergadura das asas. Basicamente esse era o novo XP-47B.
O projeto do Thunderbolt enfretou uma variedade considerável de problemas a começar pelo próprio motor. Havia um turbocompressor que funcionaria com o motor mas, como este era demasadamente grande, o turbo, que originalmente ficaria próximo ao motor foi deslocado para o meio da seção traseira da fuselagem evitando prejuízos à aerodinâmica.
Como o compressor ficava distante do motor, os dois dutos de retorno usados na ligação entre eles passava por boa parte da fuselagem criando novo problema: as asas elevaram-se demais em relação ao fundo do avião criando risco das pás da hélice - uma Curtiss Eletric de quatro pás e velocidade constante - tocarem o chão. A solução foi projetar trens de pouso alongados, gerando novo problema
Trens de pouso longos são mais pesados que os normais para evitar quebras e, ainda por cima, por serem maiores, demandam mais área nos porões nas asas onde ficam quando recolhidos, reduzindo o espaço para as metralhadoras. Para esse problema, a solução foi um pouco mais complexa - encolher o trem de pouso em exatos 22,86 cm assim que eram recolhidos na decolagem encaixando entre as longarinas das asas.
A carenagem do motor era elíptica projetando-se para baixo onde ficavam os dois radiadores de óleo e o do ar. Este capitava o ar frontal e o expelia através de uma válvula retangular posicionada em cada lado da fuselagem traseira.
Normalmente os aviões carregam seus tanques de combustível nas asas mas, no caso do Thunderbolt, ele foi parar na seção central da fuselagem, acima da linha das asas, ficando o principal (776 l) a frente e o auxiliar (379 l) imediatamente abaixo da cabine do piloto.
A cabine possuía ar-condicionado, indicadores elétricos de combustível, controle de aquecimento das armas e dispositivo de degelo automático por meio de bomba.
Nos primeiros modelos (B, C e D até a variante 22-RE) a capota era articulada para cima e a carenagem superior indo até o leme - eram chamados de razorback. A partir do lote D-25-RE (fabricado em Farmingdale) e D-26-RA (fabricado em Evansville) passou a usar a cabine tipo bolha. O projeto P-47 recebeu diversas outras modificações ao longo de sua vida.