Projekteringen af Lillebæltsbroen var først og fremmest en opgave for De Danske Statsbaner, der i forvejen havde et særligt kontor for den slags. Kontoret fik i 1918 navneforandring til til ”Tegnestuen for Lillebæltsbroen mv." Det lå i Sølvgade i København med en flot udsigt til Rosenborg Slot. Her foregik projekteringen af DSB's mange brobyggerier i 1920erne og 1930erne, indtil kontorets lukning i 1938. Kontorets ansatte trak således på de erfaringer, der blev gjort fra bro til bro; men med Lillebæltsbroen stod man faktisk på grænsen af tidens tekniske kunnen.
Anker Engelund var blevet ansat i 1918 og blev leder i 1924. Samtidig var han tilknyttet Polyteknisk Læreanstalt (i dag Danmarks Tekniske Universitet), fra 1928 som professor. Det var Anker Engelund, der i 1923 fik ansvaret for udarbejdelse af et skitseprojekt til en bro over Lillebælt og senere stod for ledelsen af det store projekt.
Den valgte løsning blev en cantileverbro, hvilket betyder, at det blev en gitterbro, der hviler på pillerne efter et ligevægtsprincip. Broen havde 5 åbninger over vandet. Det største tekniske problem var funderingen af de fire strømpiller. Den stærke strøm i bæltet kan skifte fra nord til syd inden for en halv time, og der kunne ikke arbejdes med fast stillads på grund af vanddybde, strømforhold og isproblemer om vinteren.
Licitationen blev udskrevet i maj 1928, hvorefter 44 firmaer rekvirerede Statsbanernes projekt, og 23 europæiske firmaer afgav tilbud. Licitationen omfattede tre dele: Strømpiller, ståloverbygning samt landpiller med tilslutningsfag. En international bedømmelseskommission blev nedsat. Afleveringsfristen var 1. oktober 1928.
Det blev Statsbanernes tilbud, der vandt som både det billigste og mest hensigtsmæssige projekt med hensyn til strømpiller og landfag. Blandt andet kunne man undgå det farlige arbejde under vandet med trykluft. Med hensyn til ståloverbygningen blev en udkragningsmetode anvendt. Her var det entreprenørfirmaet Monberg & Thorsen, der vandt med et samlet tilbud på 18.496.713 kr. Dette tilbud var 1,5 mio. kroner billigere end det næstbilligste tilbud.
Monberg & Thorsens tilbud var udarbejdet i samarbejde med tre tyske firmaer, og DSB stillede som forudsætning for at give kontrakten, at der blev dannet et fælles firma ”International Bro- og Staalkonstruktion”. Dermed hæftede alle de fire firmaer gensidigt for erstatningskrav, uanset hvor i byggeprocessen der ville opstå forsinkelser.
Den 21. december 1928 blev kontrakten underskrevet. Broen skulle stå færdig med udgangen af 1934.