Генеральной проектной организацией был определён Государственный союзный институт по проектированию заводов основной химической промышленности (гор. Москва), сокращенно – Гипрохим (директор В. Лиэпин). К проектированию отдельных технологических линий завода был подключён Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам имени профессора Я. В. Самойлова – НИУИФ (директор В. Борисов), а также предприятие «Почтовый ящик А-7273» (гор. Москва). На последнее возлагались проектирование основных производств, вспомогательных цехов и сооружений, внутризаводского электроснабжения, теплоснабжения, водопровода и канализации, генерального плана вертикальной планировки, внутризаводского транспорта, связи и сигнализации, расчёт технико-экономической части проектного задания (главный инженер проекта Н. Зуев). Проектные организации из городов Москвы, Ленинграда, Саратова, Ростова-на-Дону, Волгограда, Харькова, Иванова и др. занимались разработкой проектных заданий по газоснабжению завода, очистке газов в производстве серной кислоты, транспортным устройствам для передачи фосфогипса в отвал, внешнему электроснабжению, внеплощадочному водоснабжению и канализации, железнодорожному транспорту и автодороге, разработке системы оперативно-диспетчерского управления заводом и пр.
Проведёнными Казахским филиалом ЛенНИИгипрохима (гор. Чимкент, Казахская ССР) изыскательскими работами было установлено, что под растительным и подстилающим его слоем суглинков на глубине 1,2–2,4 метров от поверхности земли залегают так называемые хвалынские «шоколадные» глины с мощностью слоя от 3 до 5 метров, которые при замачивании обладают набухающими свойствами. Было предложено осуществлять строительство при данных грунтовых условиях путём выемки «шоколадных» глин, послойной засыпке песком и уплотнения образовавшегося котлована. Под фундаментами всех эстакад завода, учитывая большие расстояния между ними, предусматривались свайные основания.
Балаковский завод фосфорных удобрений – первое в СССР предприятие с полным законченным водооборотом. За пределами завода не предусматривалась прокладка ни одного метра труб. Проектом было определено, что ЗФУ не будет сбрасывать ни одного кубометра промышленных и ливневых стоков ни в реку Волгу, ни в реку Большой Иргиз. Все промстоки предприятия будут перерабатываться внутри предприятия. А что не поддавалось переработке, то должно выпариваться в специальных аппаратах. Так это было и выполнено.
В соответствии с проектным заданием, разработанным в 1970 г. Гипрохимом, утвержденным Минхимпромом и Главгосэкспертизой Госстроя СССР, на Балаковском заводе фосфорных удобрений предусматривалось строительство следующих производств: контактной серной кислоты мощностью 180 тысяч тонн, экстракционной фосфорной кислоты – 110 тысяч тонн,