Le studio AM8 se met ensuite au travail. La jouabilité doit être simple et l'action la plus rapide possible : le gameplay sera mono-bouton. Sonic se met en boule quand il saute ou quand le joueur pousse le pavé directionnel vers le bas. De nombreux éléments de level design (pentes, loopings, bumpers, etc.) lui permettent de gagner de la vitesse et de filer à toute berzingue à travers les niveaux, un peu à la manière d'un flipper. Yuji Naka réalise pour cela des prouesses en matière de programmation qui lui permettent d'accélérer la vitesse de scrolling. Le résultat est ébouriffant même si le jeu accuse quelques ralentissements occasionnels, suffisamment notables pour être remarqués mais pas assez pour entacher le plaisir de jeu. D'autres éléments de game design confèrent au titre une véritable identité, comme le système d'anneaux (Sonic ne peut pas perdre une vie tant qu'il conserve au moins un anneau sur lui) et les retrouvailles, à chaque fin de zone, avec un ennemi récurrent, le Dr. Eggman. Oui, celui-là même qui aurait pu devenir la mascotte de Sega !

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La réalisation est également au centre de tous les efforts. Les décors, colorés et vivants, abondent d'effets de relief et les nombreuses animations de Sonic (quand il s'accroche, manque de tomber, se noie...) sont si soignées qu'elles évoquent un cartoon. La série fera d'ailleurs l'objet d'une adaptation sous forme de dessin animé en 1993. Toujours dans l'optique de rafraîchir son image, Sega confie la bande-son du jeu à Masato Nakamura, le leader du groupe de Jpop Dreams Come True, qui accouche de superbes compositions. Sonic the Hedgehog connaît une sortie mondiale au cours de l'été 1991 ; il aura bénéficié d'une année de développement au terme de laquelle le studio AM8 prend le nom de Sonic Team (créditée encore aujourd'hui de la majorité des jeux de la licence). Encensé par la critique, soutenu par une grosse campagne publicitaire, le titre est un succès. Mais pour la petite histoire, il ne s'agit pas de la première apparition de Sonic, qui a fait quelques mois plus tôt un caméo dans le jeu d'arcade Rad Mobile en guise de porte-clés attaché au rétroviseur !

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