与此同时，狠抓设计队伍技术素质的提高。从一九六一年开始，便组织飞机设计技术人员对前苏联 飞机进行系统的“技术摸透”工作。
一九六二年五月，航空研究院和航空工业局联合下达指示，对模透 飞机的工作做了部署。航空研究院院长唐延杰多次到沈阳飞机设计研究所，讲解“技术摸透”工作的重要意义，动员科研设计人员扎扎实实地开展工作，为自行设计先进的歼击机打下一个牢固的基础。
“技术摸透”的步骤，首先是根据仿制需要，摸清主要的生产技术问题，包括技术关键和材料；其次是给合仿制，通过必要的试验研究，摸透其设计思想、设计方法和技术特点。不仅做到“知其然”，而且要“知其所以然”。
沈阳飞机设计研究所在对 飞机的“技术摸透”中，完成了飞机强度计算报告的校核、机头锥强度计算、机翼的强度与刚度计算、飞机战斗性能分析、空气动力特性校验计算等 39 项课题；进行了 27 项 3,300 次高低速吹风试验；安排了进气道、飞机共振、座椅地面弹射、飞行等 64 项试验。通过这些计算和试验，一方面补充和校核了设计技术资料，同时也学习和掌握了原设计的方法，为自已积累了经验。
经过几年的认真准备和反复酝酿，航空工业拉开了研制新型高空高速歼击机的序幕。一九六四年五月，航空研究院在新机改进改型方案会议上提出，要在 的基础上，设计一种性能更好的歼击机。同年十月，新型歼击机开始方案论证。在论证会上，沈阳飞机设计研究所提出了飞机装单台发动机和双台发动机两种方案。前者是全新研制的大推力发动机的方案，后者是采用成熟发动机（涡喷7甲）进行改型试制的方案。在航空研究院院长唐延杰主持下，会议确定采用双台发动机方案。这个正确的选择，稳妥，可靠，有一定的技术基础，是 歼8 飞机能够研制成功的前提。一九六五年五月十七日，总参谋长罗瑞卿批准了新歼击机的战术技术指标和研制任务。飞机命名为 歼8。
涡喷7 发动机
其主要研制工作由沈阳飞机设计研究所和沈阳飞机厂承担。国家领导人对 歼8 飞机的研制十分关怀。一九六五年八月十四月，贺龙副总理在沈阳听取歼8研制情况汇报时指示：“歼8 要早日搞出来”。八月十八日，聂荣臻元帅在给张爱萍副总参谋长的信中，详细阐述了新飞机设计所必须考虑的几个问题，对 歼8 飞机研制起了重要指导作用。
歼8 飞机的研制方案突出高空、高速、增大航程、提高爬升率、加强火力等性能。针对 飞机的缺点，逐项加以改进，各项性能指标均有提高：（一）最大速度为马赫数 2.2；（二）最大升限 2 万米以上；（三）最大爬升率每秒 200 米；（四）基本航程 1,500 公里，最大航程 2,000 公里；（五）规定了在高度为 1.9 万米空中的作战时间；（六）安装改进设计的航炮和空空导弹；（七）安装搜索距离较大的雷达。歼8 飞机采取机头进气，大后掠角、小展弦比、薄三角翼、下平尾、双腹鳍的空气动力布局形式。选用两台 涡喷7甲 发动机，飞机的推重比为 0.89，优于 飞机。
歼8 三面图，座舱盖与 MiG-21F 一样为整体前翻式
一九六五年九月，歼8 飞机设计工作全面展开。总设计师黄志千于这年五月在国外因飞机失事不幸遇难后，新机研制的技术工作由叶正大领导，以王南寿为负责人的总设计师办公室具体组织。同年十二月，歼8 飞机木质样机通过审查，一九六六年三月，设计人员到工厂与工人、工艺人员结合进行现场设计。一九六六年底，发出全套飞机图纸，一九六七年初，发出相应的生产文件，工厂亦立即开始试制。
英年早逝的黄志千
在现场设计中，王甫寿等 570 余名设计人员，陈阿玉、王阿惠等 80 余名有丰富实践经验的工人以及 30 余名工艺人员实行“三结合”，讨论设计方案和进行图纸设计。在此期间，工厂的工艺人员和工人提出改进意见 2,330 多条，被采纳的有 1,660 多条，其中重大改进有 40 项，进一步改善了飞机的生产工艺性，如机翼主梁取消垫块的革新方案，就是设计员在工艺员、工人帮助下，利用 主梁作试验后得以实现的。这一改造，改变了米格飞机的传统结构，减轻重量 4 公斤。
歼8 飞机疲劳试验
在飞机研制过程中，设计人员突破了许多技术关键。在飞机气动布局方面，当时世界上设计超音速歼击机面临的最大问题是保证飞机大马赫数时的方向安定性。副总设计师顾诵芬主持设计攻关，空军派出优秀飞行员葛文墉进行配合，测定了 飞机大马赫数时的方向安定性及飞行品质，为 歼8 飞机设计提供了借鉴和依据；六〇一所、沈阳飞机厂、气动力研究试验部门的技术人员与北京航空学院教授陆士嘉、徐华舫等组成的攻关小组，做了大量风洞试验与研究分析，最后确定的 歼8 型飞机的垂直尾翼和腹鳍的设计方案，保证了在大马赫数时具有良好的方向安定性。
超音速飞机的翼面颤振是最危险的气动弹性现象，也是制约飞机最大速度的一个重要因素。管德主持 歼8 飞机气动弹性设计工作，建立一整套非定常气动力及颤振计算程序，做了大量风洞试验和真飞机地面共振试验及试飞，全面地确定了飞机的颤振特性。采取上述方案之后，既保证了飞机达到预定的性能，又最大限度地减轻结构重量，从而增大了飞机的推重比。此外，冯钟越主持的飞机强度计算，方宝瑞主持的飞机结构设计也取得较好的成果。
在发动机改进设计中，空心叶片的技术攻关取得重大突破。为增大发动机的推力，涡轮前的温度必须提高约 100 摄氏度，但涡轮叶片承受不了这样高的温度。一九六四年，六二一所副所长、铸造专家荣科提出采用空心气冷叶片。当时这项技术国外刚搞出来，处于高度保密状态。荣科与沈阳金属研究所、六〇六所、沈阳发动机厂通力合作，协力攻关。沈阳金属研究所在师昌绪主持下，组织技术攻关，攻克了叶片铸造的技术难点。首先是型芯的选择，要在近 100 毫米长的叶片上均匀排出粗细不等的小孔，最小的孔径只有 0.8 毫米。通过科技人员共同研究试验，终于做出了可供使用的模具，以后又相继解决脱芯、超声测壁厚等工艺技术问题。一九六六年研制出中国第一片铸造多孔气冷镍基高温合金叶片，经安装在发动机上试车，取得完全的成功，从而使中国在这方面缩小了同美国的差距，成为世界上第二个在航空发动机上采用铸造空叶片的国家。
歼8 机的航炮供排弹系统是个设计难点。它要保证航炮在空中实现连续发射。过去前苏联专家认为这一系统的设计是他们的专利一直秘而不宣。这次攻关，设计人员和工人一起作试验，改装一门能模拟射击的航炮，打了一万发假弹。终于摸索出其中的规律，取得了设计的成功。