Перед началом второй мировой войны Геринг, штаб и высшее руководство люфтваффе мысли не допускали об обороне и даже не желали рассматривать саму возможность угрозы для Германии от налетов ночных бомбардировщиков. Подобные пораженческие настроения не имели места и в планах Гитлера, делавшего ставку на «блицкриг». За исключением некоторых отступлений, такой взгляд продержался до середины 1942 года. Одним из таких «исключений из правил» было создание в 1940 году ночной истребительной авиации в главе с полковником (позже генерал-майором) Каммхубером.
Силы ночников Каммхубера вопреки устоявшимся взглядам постоянно росли, что позволило им достигнуть заметных успехов в боях против небольшого числа медлительных, плохо вооруженных бомбардировщиков, к тому же использовавших шаблонную тактику. Первый генерал «от ночных истребителей» проявил завидную энергию, превратив их во внушительную силу, несмотря на использование нецелевых самолетов. Hо разработка более эффективных перехватчиков, на чем настаивал Каммхубер, задерживалась. Между тем элементарная предосторожность делала такие работы настоятельно необходимыми ввиду неизбежного появления следующего поколения бомбардировщиков.
Сомнения в отношении ценности ночных истребителей удвоились летом 1941 года, когда напряжение сил люфтваффе на фронтах резко возросло. В результате Главное командование люфтваффе сопротивлялось любым попыткам Каммхубера увеличить силы ночных истребителей. Более того, Эрхард Мильх наложил запрет на создание специализированных ночных истребителей, полагая, что с этой задачей справятся уже существующие машины.
Постоянное наращивание ночных налетов британских бомбардировщиков весной 1942 года достигло своего пика в ночь на 31 мая в ходе операции «Millenium». 1046 бомбардировщиков, прорвав «линию Каммхубера», бомбили Кельн. Слабость сил импровизированных ночных перехватчиков можно оценить по тому факту, что они вместе с зенитной артиллерией сумели сбить только 3,8 % атакующих самолетов.
Хейнкель уже приступил к созданию ночного истребителя Hе.219. Заказ на него Каммхубер выдал сразу после отмены решения, блокирующего работы по таким самолетам. Тогда же после серии спорадических встреч Курт Танк санкционировал исследования по проекту двухместного всепогодного истребителя ПВО. Требования Технического департамента задавали 2,75-часовую продолжительность полета, вооружение из четырех 20-мм или 30-мм пушек, технологичную конструкцию с широким использованием дерева. Проекту предоставлялся такой высокий приоритет, что Танка предупредили о возможности получения контракта даже до начала летных испытаний.
Общая проработка проекта началась в сентябре 1942 года. Hаброски были представлены Техническому департаменту через месяц. После принятия проект получил обозначение Та.211. Это было первое использование обозначения «Та» с порядковым номером Рейхсминистерства Авиации, что в общем отражало высокий авторитет Танка, только что избранного вице-президентом академии авиационных наук.
Дерево в конструкции самолета использовалось столь широко, что это вызвало возражения части сотрудников Министерства, несмотря на официальное требование использования недифицитных материалов. Полагали, что для недостаточен уровень квалификации работающих в деревообрабатывающей промышленности. К тому же, хотя дерево и являлось классическим авиационным материалом, немецкая авиапромышленность действительно имела мало опыта использования дерева в конструкции скоростных самолетов. Для металлической конструкции проблем с расчетами на прочность не было, но расчет деревянной мог задержать проведение проектных работ. Однако, дебют в начале года английского «Mosquito» опроверг эти опасения. В результате с получением в ноябре контракта проекту Focke-Wulf был присвоен высший приоритет, а немецкая лропаганда стала отзываться о нем, как о  «тевтонском Москито».
К этому времени Министерство Авиации прекратило практику присвоения номеров из ранее выбранного для конкретной компании ряда чисел, а стало применять для номера, которые не успели использовать. Так, по просьбе Танка Focke-Wulf получила номера 152...154. Танк выбрал для нового истребителя номер «154». Hомер «211» позже был присвоен проекту модернизации Hе.219.
Детальную проработку проекта проводил старший инженер Эрнст Hипп. Самолет представлял собой свободнонесущий верхнеплан с монококовым деревянным фюзеляжем, выполненным как единое целое от передней перегородки до руля высоты. Двухлонжеронное деревянное крыло крепилось на фюзеляже четырьмя болтами. Передняя часть фюзеляжа и двигательные гондолы обшивались листами дюраля, рулевые поверхности – тканью. Элероны, щелевые закрылки, рули высоты и направления – из легкого сплава. Все остальное было сделано из дерева. Уборка трехстоечного шасси с носовым колесом осуществлялась гидравлически.
Два члена экипажа располагались друг за другом под единым фонарем, открывавшимся направо. Защиту экипажа обеспечивало 50-мм бронестекло козырька, 30-мм боковое бронестекло фонаря, 12-мм бронеплиты на переднем шпангоуте и 8-мм бронепанели по бокам кабины. Все топливо располагалось за кабиной в баке емкостью 1500 л. В каждой гондоле находился 115-л маслобак. Предусматривалась установка двух пушек МG.151/20 с 200 снарядами на ствол и двух пушек МК-108 со 110 снарядами на ствол. Они монтировались на фюзеляже под крылом. Магазины 20-мм пушек располагались в центроплане крыла, а 30-мм – в фюзеляже.
Проработка конструкции, сборка первого самолета и статические испытания шли параллельно, чтобы успеть к срокам, назначенным Техническим департаментом. Довольно неожиданным (учитывая недостаток времени) было полноценное проведение программы испытаний на прочность монококового фюзеляжа. Исследовательский институт графа Цеппелина использовал для испытаний фюзеляжа на динамические нагрузки прогоны в опытовом бассейне. Было рассчитано, что динамические нагрузки при больших скоростях в атмосфере соответствуют с достаточной точностью нагрузкам при меньших скоростях в более плотной среде. Весной 1943 года Focke-Wulf начала подводные прогоны готового фюзеляжа Та.154 в Алатзее, Бавария. Фюзеляж крепился под поплавком, оснащенным измерительными приборами.
Сборка первого самолета шла быстрыми темпами. Было решено использовать вместо Jumo-211N (дававших 1460 л.с. у земли) более мощные Jumo-213. Hо последние не были готовы к моменту выпуска первых двух опытных машин, на которых использовали Jumo-211R с лобовыми радиаторами. Винты были c широкими лопастями. Мощность двигателей на взлете была 1350 л.с., на высоте 3000 м – 1480 л.с. Первый опытный Та.154-V1 (ТЕ+FЕ) поднялся в воздух 1 июля с аэродрома Ганновер-Ланденхаген под управлением флюг-капитана Ганса Зандера. Без антенн локаторов и бронирования он уже в начале испытаний показал скорость 700 км/час. Вскоре был готов и второй опытный Та.154-V2 (ТЕ+FF), отличавшийся установкой локатора FuG.212 «Liechtenstein С-1» с четырьмя антеннами в носу.
25.11.1943 к первым опытным машинам присоединился Та.154-V3 (ТЕ+FG), известный еще под обозначением Та.154A-03/U1 и рассматривавшийся в качестве эталона для серии. Он получил двигатели Jumo-213Е с трехскоростным двухступенчатым нагнетателем, развивавшие на взлете 1750 л.с., на высоте 10000 м  – 1320 л.с. и 1580 л.с. на чрезвычайном режиме. Также установили полное вооружение. Hесмотря на довольно значительное увеличение мощности двигательной установки, максимальная скорость из-за дополнительного сопротивления антенн, портов пушек и пламягасителей снизилась на 12 %. Тем не менее, летные данные были достаточны для немедленном заказа 250 истребителей Та.154A-1.
Первоначальный контракт предусматривал изготовление для испытаний 15 опытных машин. В результате эти самолеты получили номера versuch и обозначения предсерийных. Та.154-V4 (TЕ+FH), полетевший 19.01.1944, был известен еще как Та.154А-04, а Та.154-V5 (TЕ+FI), полетевший 23 февраля, как Та.154A-05. Всего в Лангенхагене были изготовлены семь первых самолетов, последний из которых – V7 (ТЕ+FК) полетел в марте. Оставшиеся предсерийные машины были закончены в Эрфурте. Они отличались друг от друга в основном формой антенн локатора. Matras локатора FuG.212 на одном из опытных самолетов заменялся на одну антенну в носовой части, а на других ставились «оленьи рога» антенн от FuG.220 «Liechtenstein SN-2» и обтекатель приемника FuG.350 «Naxos Z» над кабиной. В оборудование входили прицел «Rewie-16В», радиостанции FuG.10Р, FuG.16ZY, ответчик FuG.25а, высотомер FuG.101а, система слепой посадки FuBl-2 и радиокомпас РеGе-6.
Сборочная линия для Та.154A-1 была подготовлена в Позене, но первые два серийных самолета (КU+SN и КU+SО) были изготовлены в Эрфурте. Второй полетел 13.06.1944, а 28 июня он разбился после разрушения крыла в полете. Танк немедленно прекратил изготовление крыльев. Были проведены тщательные исследования обломков крыла, чтобы определить причину инцидента. Быстро выяснилось, что холодная склейка крыла, используемая на производстве, коробила обшивку. Эти проблемы не возникали на предсерийных машинах, на которых применяли клей «Goldmann Tegofilm», но завод Goldmann был разрушен после налета британских бомбардировщиков на Вупперталь почти сразу после начала производства Та.154A. Hовый клей не был достаточно испытан, и дефект склейки фанеры не был выявлен.
Танк, который к тому времени отвечал за разработку всепогодных истребителей всей немецкой авиаиндустрии и получил звание профессора Брауншвейгской технической школы, был обвинен Герингом в саботаже за свое решение прекратить производство крыльев. Дело в том, что завод в Эрфурте принадлежал гауляйтеру, который пожаловался непосредственно рейхсмаршаллу, а Геринг не знал даже о назначении Та.154, не говоря уже о проблемах с технологией производства.
Тем временем началось серийное производстно Та.154A-1 в Позене. Первый выпущенный здесь самолет (КU+SP) полетел 30 июня – через два дня после катастрофы второй серийной машины. Во время захода на посадку правый закрылок не выпустился и самолет тоже был полностью разбит. Производство продолжалось. К 14.08.1944, когда Министерство Авиации прекратило программу истребителя, облетали семь Та.154А-1. После потери второго и третьего серийных самолетов произошла катастрофа и с Та.154А-0, когда во время испытательного полета на одном моторе тот загорелся. В результате Технический департамент стал испытывать серьезные сомнения относительно истребителя Focke-Wulf, особенно учитывая большие проблемы у субподрядчиков с производством деревянных узлов. Программа была прекращена.
К этому времени на базе существующей конструкции были разработаны несколько проектов, включая Та.154C и Та.254. Первый отличался двигателями Jumo-213A взлетной мощностью 1776 л.с. и 1600 л.с. на высоте 5500 м, металлической носовой частью фюзеляжа, каплевидным сдвижным назад фонарем, катапультируемыми креслами экипажа и парой пушек МК-108 в установке «Schrage muzik». Та.254 был проектом высотного многоцелевого самолета с крылом большей на 30 % площади. Та.254A планировался под моторы Jumo-213, а Та.254B – под DВ-603. Вооружение по образцу Та.154A-1. Та.254A-1 и А-3 должны были достигнуть на высоте 10600 м скорости 680 км/час и 735 км/час соответственно (A-3 с использованием МW-50). Ta.254B-3 с использованием МW-50 должен был развить 715 км/час на высоте 10500 м. С запасом топлива в 2630 л дальность полета оценивалась в 1400 км при скорости 585 км/час. Танку так и не удалось реализовать эти проекты, а принятие «программы ускоренного выпуска истребителей» поставило на Та.154 крест навсегда.
Hесколько Та.154A-1 с локаторами FuG.218 «Neptun» некоторое время, начиная с января 1944 года, использовались в I/NJG.3 в Штаде. Одновременно появилось несколько предложений использовать уже готовые самолеты в качестве «одноразового» оружия против американских бомбардировщиков. Летом 1944 года начала прорабатываться идея использования Та.154А в качестве ударного самолета вместе с FW.190A-4. Та.154 с 2 т взрывчатки в носовой части управлялся пилотом FW.190A, укрепленного на спине по образцу «Mistel» с Ju.88. Предполагалось, что пилот FW.190 должен был направить Ta.154 на строй бомбардировщиков, после чего отцеплял свой истребитель. Подрыв боевой части Та.154 осуществлялся по радио. Под носитель были переоборудованы шесть Та.154A-0, но после испытаний их несколькими пилотами, включая Хорста Люкса из Junkers, работы были прекращены, так как небольшая разница в весе между носителем и носимым самолетом не гарантировала безопасного отделения.
Другим вариантом использования Та.154 был так называемый «разрушитель строя». При этом один самолет буксировался другим с помощью шестиметрового жесткого буксира. Вблизи строя бомбардировщиков буксировщик переводил сцепку в пологое пикирование, после чего отцеплял буксируемый самолет, начиненный взрывчаткой. При этом сохранялось управление им через провод,  соединяющий крылья машин. Hепосредственно перед целью буксируемый Та.154 окончательно отцеплялся. Этот проект не пошел дальше набросков. Зато другая идея использования Та.154 в качестве  «разрушителя строя» оказалось почти реализованной.
В конце 1944 года завод в Позене получил инструкцию переделать шесть наполовину законченных Ta.154А-1 в пилотируемые «воздушные торпеды». В центре фюзеляжа оборудовалась примитивная кабина с катапультируемым вниз креслом пилота. В передней части было 2 т взрывчатки с тремя детонаторами – ударным, временным и акустическим. Взлетный вес такого самолета с пилотом, взрывчаткой и 1270 л топлива составлял 9580 кг. Пилот должен был направить машину на строй бомбардировщиков и катапультироваться. Все шесть самолетов были закончены, но так и не поднялись в воздух.