Установленный на МиГ-21Ф-13 радиолокационный дальномер СРД-5 позволял лишь определять расстояние до цели, чтобы выбрать момент пуска ракет К-13. Поэтому вскоре решили установить на самолет многофункциональную РЛС РП-21, позаимствовав ее с перехватчика Су-9 (там она именовалась ЦД-30Т). Это, в свою очередь, потребовало увеличить диаметр воздухозаборника двигателя и убрать оставшуюся пушку. Итогом указанных манипуляций стал истребитель-перехватчик МиГ-21П, отличавшийся, к огорчению создателей и летчиков, небольшим радиусом действия, а также систематическими отказами РЛС.
Поэтому серийно его не строили, заменив истребителем-перехватчиком МиГ-21ПФ (в производстве с 1962 года), получившим усовершенствованный двигатель и больший запас топлива, позволившие увеличить радиус действия. Вооружение осталось прежним — две управляемые ракеты, ограничивавшие возможности боевого применения и после первой атаки превращавшие истребитель в «голубя мира», абсолютно безвредного для противника. Эти машины с начала 1963 года поступали в авиаполки ВВС и ПВО. Их более поздний вариант, с увеличенным вертикальным оперением, получил обозначение МиГ-21ПФМ (на экспорт— МиГ-21ФЛ).
После установки на самолет в 1964 году новой радиолокационной станции РП-22 «Сапфир», на свет появилась новая модификация Ми Г-21C, с прежним убогим вооружением (две ракеты Р-3), максимальной скоростью 2230 км/час на высоте 13 км и дальностью полета 1240 км (с подвесным баком — 1610 км).
Последовавший вскоре разгром египетской и сирийской авиации в шестидневной войне 1967 года наглядно показал, что вооружение МиГ-21 совершенно неудовлетворительно. Поэтому в пожарном порядке ОКБ Микояна разработало новую модификацию МиГ-21СМ. На этом самолете установили более мощный двигатель, два дополнительных пилона для подвески вооружения, и самое главное — вернули пушечное вооружение, две встроенные пушки ГШ-23Л. Теперь МиГи несли четыре управляемые ракеты, а в случае необходимости могли вести маневренный воздушный бой с использованием пушек.
Последней, наиболее совершенной серийной модификацией МиГ-21 стал истребитель МиГ-21бис, принятый на вооружение в 1972 году и оптимизированный для ведения маневренного воздушного боя. Снижение взлетной массы при одновременном увеличении тяги двигателя привело к улучшению скороподъемности и маневренных характеристик машины. Возросла огневая мощь истребителя, вместо безнадежно устаревших Р-3 основным вооружением стали новые управляемые ракеты ближнего боя Р-60, при этом были сохранены пушки ГШ-23Л.
Важным достоинством МиГ-21бис являлась его небольшая цена, что позволило ему стать одним из самых массовых боевых самолетов всех времен. Но один врожденный дефект почти всех советских истребителей так и не удалось устранить — ограниченный радиус действия. Дальность полета без подвесного бака составляла всего 1210 км, скорость при этом осталась прежней — 2175 км/час.
Советская (ныне российская) пропаганда постоянно превозносила и превозносит боевые качества истребителей МиГ-21. Например, официальный «историк в погонах», генерал-полковник А. Пономарев утверждал: «очевидными преимуществами самолета МиГ-21 перед иностранными истребителями являются легкость и удобство управления и обслуживания в сочетании с хорошими летными качествами, а также простота изготовления».
Однако реальные факты говорят об ином. В 1975 году вьетнамские коммунисты победоносно завершили многолетнюю войну с «колонизаторами и их марионетками». Победителям досталось огромное количество трофеев, среди которых было немало боевых самолетов американского производства. Несколько машин вьетнамцы передали своему главному союзнику и поставщику оружия — Советскому Союзу.
Среди прочих, в СССР попал легкий американский истребитель F—5Е «Tiger», построенный в июне 1974 года на заводе фирмы «Нортроп» в Палмдейле. Самолет срочно доставили на базу НИИ ВВС в Ахтубинске, где он прошел полную программу наземных и летных испытаний. Их результаты оказались шокирующими для советских авиационных специалистов.