Второй опытный истребитель Е-6-2 поступил на заводские испытания в сентябре 1958 года. 15 сентября он совершил первый полет. Всего за время проведения заводских испытаний оба образца Е-6 выполнили 61 полет. При этом была достигнута скорость 2100 км/ч, динамический потолок составил 20700 м, статический потолок — 14 500 м, дальность полета с подвесным баком превысила 1800 км. Самолет показал хорошую устойчивость и управляемость во всем диапазоне высот и скоростей.
Не дожидаясь решения государственной комиссии, на Московский и Горьковский авиазаводы стала поступать техническая документация на новый истребитель, и они приступили к подготовке серийного производства самолета.
МиГ-21 представлял собой легкий одноместный однодвигательный дневной и ночной истребитель, обладающий высокими летными характеристиками. Самолет строился по среднепланной схеме с треугольным крылом и стреловидным цельноповоротным управляемым стабилизатором.
Конструкция МиГ-21 цельнометаллическая, была выполнена с применением алюминиевых и магниевых сплавов. В местах и узлах с силовыми напряжениями использовалась сталь.
Летные испытания показали, что самолет допускал выполнение фигур сложного пилотажа, как-то: петли, перевороты, бочки, полупетли и т. п. во всем диапазоне скоростей, причем поведение самолета, а также его устойчивость и управляемость при выполнении фигур считались вполне удовлетворительными. МиГ нормально выходил из штопора, обладал эффективными рулями управления и хорошей устойчивостью.
По своим взлетно-посадочным характеристикам самолет МиГ-21 мог эксплуатироваться с небольших аэродромов, а также с грунтовых полос, что значительно расширяло диапазон его боевого применения. Устойчивая работа двигателя на всех высотах и скоростях, надежное включение форсажа и достаточная энерговооруженность придавали ему хорошие боевые качества.
Хороший обзор из кабины, автоматическое регулирование системы питания и температуры воздуха в кабине, а также компактное расположение приборов создавали достаточное удобство для работы летчика.
Первые серийные машины получили обозначение МиГ-21Ф (или изделие 72). Они были выпущены Московским авиазаводом в количестве 30 экземпляров в 1959 году, еще 69 машин вышло из цехов Горьковского авиазавода в 1960 году. МиГ-21Ф эксплуатировался только в ВВС СССР и не поставлялся в другие страны.
Следующей серийной машиной семейства МиГ-21 стала модификация Ф-13 (изделие 74). От исходной модели самолет отличался системой вооружения. МиГ-21Ф-13 мог нести две управляемые ракеты К-13 (Р-ЗС), именно эта особенность и получила отражение в обозначении модификации. Для сохранения веса с самолета сняли левую пушку. Самолет выпускался серийно с 1960 года параллельно на Московском и Горьковском заводах. За время серийного производства (1960–1962 гг.) выпустили около 600 машин.
МиГ-21СМ на учебном аэродроме Харьковского университета ВВС
Истребитель МиГ-21бис ВВС Румынии
МиГ-21Ф-13 стал первым истребителем семейства “21”, поставлявшимся за границу. Первой страной, получившей новые самолеты, стала Польша, затем МиГ-21Ф-13 поступили в Чехословакию, Китай и ГДР. Приступив к выпуску новых модификаций самолета, СССР передал лицензию на производство Ф-13 Чехословакии и Китаю, которые в свою очередь экспортировали их в другие страны мира. В Китае этот самолет стал основой для разработки собственных истребителей.
По отзывам летчиков, которые летали на многих модификациях МиГ-21, Ф-13 являлся самым приятным в управлении самолетом из этого семейства МиГов. Легкий в управлении, устойчивый на всех режимах, с отличным обзором из кабины пилота, самолет оставил очень приятные воспоминания в памяти летчиков, которым довелось на нем полетать.
Трудности, возникавшие при переучивании летчиков строевых частей на первые советские сверхзвуковые истребители МиГ-19 (а у этого самолета отсутствовала двухместная учебная модификация), заставили ОКБ А. И. Микояна сразу после запуска в серию МиГ-21Ф-13 приступить к разработке двухместного варианта самолета. На учебном самолете переделали носовую часть и увеличили запас топлива до 1950 кг.
Первый опытный двухместный Е-6У-1 предъявили на заводские испытания осенью 1960 года, а 17 октября летчик-испытатель Остапенко впервые поднял самолет в воздух.
С марта 1962 года авиационные заводы в Тбилиси и Горьком приступили к выпуску “спарок” — МиГ-21У (изделие 66).