Uzbrojenie nowego śmigłowca miał stanowić wielolufowy wielkokalibrowy karabin maszynowy JaKB-12,7 kalibru 12,7 milimetra i system Szturm z naddźwiękowymi pociskami przeciwpancernymi 9M144 Kokon z naprowadzaniem radiokomendowym półautomatycznym. W sierpniu 1968 roku przystąpiono do szczegółowego projektowania śmigłowca, a w lutym 1969 roku stworzono pełnowymiarową makietę. Początkowo zespołem konstruktorów kierował sam Michaił Mil, po jego śmierci w roku 1970 zastąpił go Marat Tiszczenko. Budowę prototypu W-24 ukończono w roku 1969. Oblot maszyny odbył się 19 września 1969 roku, za sterami śmigłowca zasiadł pilot Herman Ałfiorow. Nowa maszyna stanowiła pod względem konstrukcyjnym daleką ewolucję śmigłowca Mi-8 TBK. W porównaniu do Mi-8 W-24 miał takie same silniki (dwa TW2-117) i śmigło ogonowe. Zmianie uległy wirnik główny (nowy o mniejszej średnicy) i kadłub. Nowy kadłub był węższy, z krótszą belką ogonową. Ponadto kokpit bogato oszklono, a najważniejsze elementy konstrukcji płatowca opancerzono. Aby zapewnić dużą prędkość maksymalną, śmigłowiec wyposażono w kombinowany układ nośny (wirnik główny i skrzydła), statecznik pionowy o dużej powierzchni (odciążał śmigło ogonowe) oraz chowane podwozie.