Поскольку в выполненных полетах ЖРД работал удовлетворительно, 25 августа 1956 г. вышло очередное Постановление Совмина СССР и ЦК КПСС № 1195-613, согласно которому требовалось не только продолжить испытания высотного перехватчика, но и начать производство опытной серии Е-50 на заводе № 21 в Горьком.
Постройка второго Е-50/2, отличия которого от Е-50/1 были минимальны, завершилась 7 декабря 1956 г. Ведущим летчиком-испытателем этого самолета назначили В.П. Васина из ЛИИ. 3 января 1957 г. он поднял машину в небо, а уже 18 февраля в третьем полете запустил ускоритель. В ходе первых 25 полетов Васину удалось достичь максимальной скорости 2470 км/ч, набрать высоту 25580 м и продержаться 4 минуты в горизонтальном полете на высоте 20000 м. Известно также, что к июлю на Е-50/2 в общей сложности выполнили 43 полета, из них 20 – с включением ЖРД. В конце января 1958 г летчику-испытателю Ю.А. Гарнаеву предстояло проверить на этой машине аварийный сброс фонаря. На высоте 1500 м из-за неправильного срабатывания механизма аварийного сброса фонарь ударился о заголовник катапультного кресла, разбил заднюю неподвижную часть фонаря, повредил расположенные в гаргроте тяги управления самолетом, после чего пробил в нескольких местах обшивку правой консоли крыла и, пролетев рядом с хвостовым оперением, упал на землю. Гарнаев сумел посадить поврежденную машину.
В августе 1956 г. на опытном производстве ОКБ-155 был заложен третий экземпляр самолета. В отличие от первых двух, Е-50/3 стал настоящим перехватчиком, вооруженным двумя пушками НР-30 и прицелом АСП-5Н. Для размещения радиооборудования на нем удлинили носовую часть фюзеляжа, кроме того, заострили переднюю кромку воздухозаборника, установили механизм разворота передней опоры шасси, доработали топливную систему, внесли другие усовершенствования. Пилот Е-50/3 одевался вместо скафандра в высотно-компенсирующий костюм ВКК-ЗМ и гермошлем ГШ-4.
21 мая 1957 г. Васин совершил на Е-50/3 первый полет. Испытания машины пошли настолько успешно, что возникла идея попытаться осуществить на нем перехват американского высотного разведчика U-2, периодически залетавшего в воздушное пространство СССР. Однако угадать, где именно в следующий раз появится нарушитель, никто не брался, а перехватчик с комбинированной силовой установкой требовал особого наземного оборудования, и, в конечном счете, это не позволило испытать его на практике.
Летом того же года Е-50/3 планировали передать ГК НИИ ВВС. В ходе приемки его облетывал военный летчик-испытатель подп-к Н.А. Коровин. 8 августа, включив ускоритель, он намеревался достичь высоты 20000 м. Однако в процессе набора перехватчик свалился в штопор, из которого вывести его не удалось. Е-50/3 упал в 100 км юго-восточнее аэродрома Раменское, тело летчика обнаружили вместе с креслом в 150 м от места падения самолета. Аварийная комиссия установила, что в полете произошел взрыв турбонасосного агрегата ЖРД, и пожар уничтожил часть вертикального оперения, после чего машина и вошла в штопор. Из-за нештатно сработавшего механизма разделения кресла и фонаря летчик не смог отделиться от кресла и воспользоваться парашютом. После этого ОКБ-155 приступило к разработке нового катапультного кресла СК-3 (КМ-1). Всего Е-50/3 выполнил 10 полетов, из них 6 – с работающим ускорителем.
Тем временем в Горьком готовились к производству истребителей-перехватчиков с комбинированной силовой установкой. Согласно плану, к середине 1957 г. требовалось передать ВВС 30 машин. В связи с тем, что на этом же заводе начинался выпуск опытной серии МиГ-23 (Е-2А), для сокращения сроков внедрения в производство высотного перехватчика его решили строить с тем же двигателем РД-11 с тягой на форсаже 5100 кгс (стал называться Р-11-300). Новый вариант получил название Е-50А или МиГ-23У («У» – от слова ускоритель), а на заводе № 21 – обозначение «изделие 64». Для повышения надежности работы ЖРД, а также для облегчения его обслуживания в конструкцию самолета вновь внесли изменения. В частности, емкости с азотной кислотой и самовоспламеняющимся керосином разместили в съемной подфюзеляжной гондоле вместе с агрегатами управления ЖРД. Вооружение Е-50А состояло из двух 30-мм пушек НР-30 со ствольными компенсаторами с боезапасом по 60 снарядов на каждую. Перехватчик планировали дополнительно вооружить двумя блоками OPO-57K для стрельбы 57-мм НАР. Взлетная масса Е-50А достигла 9300 кг, а масса топлива – 3955 кг.