由于作为歼-7 原型的米格-21Ф-13 飞机是一种高空高速歼击机，偏重于高速飞行和爬升截击性能，而亚音速中、低空加速和盘旋性能并不是很好。而中国空军却恰恰需要执行在战场上空机动飞行进行夺取制空权的战斗，因此歼-7 原型并不能完全满足这种作战方式需要，为此空军提出了对歼-7 飞机进行改进的要求。1968 年“8.25”会议上，成都飞机制造厂接受了歼-7 改进改型的研制任务。1969 年 3 月，第三机械工业部发出了《关于歼六及歼七改进改型计划安排的通知》，正式向成都飞机制造厂下达了改进试制的命令。要求歼-7 飞机的改进主要解决弹射跳伞的安全性，增加一门机炮和备弹量，增加飞机的续航时间，改进操纵性和稳定性，缩短着陆滑跑距离，提高发动机的推力、降低耗油量、减轻重量并延长使用寿命等问题。
根据上述基本要求，从 1969 年 4 月开始，成都飞机制造厂对歼-7 进行了一系列的改型设计和试制尝试。首先提出了一个“六改”方案，主要改进项目共有六项，包括机身左侧增加了一门 30-1 型机炮和 60 发炮弹，以增强飞机的近战射击火力，改善了歼-7 飞机在发射空空导弹后近距作战火力不足的缺点。但这样也占用了机内原有的一个油箱的空间，减少了 100 升的载油量。座舱盖外形加高 70 毫米，防止弹射跳伞时飞行员的头部撞击到座舱盖上，提高了弹射救生的安全性（尽管中国飞行员比苏联飞行员的平均身高要矮，但平均坐高却要高出一些，因此米格-21 原设计的座舱盖到飞行员头部之间的距离对中国飞行员来说就太过于近了，在弹射时座舱盖与座椅进行扣合过程中头部很容易撞到座舱盖上导致死亡或严重的损伤），同时使飞行员感觉座舱空间也更宽敞和舒适。机头的进气锥由米格-21 原设计的三级调节改为无级自动调节，这样可以更好的适应发动机在不同飞行速度条件下对进气量的需求，进气效率得到提高，从而小幅提高了发动机的推力，改善了飞机的平飞加速性能。进气道唇口加厚，唇口圆弧半径由 0.5 毫米增加到 2.0 毫米，这一变化改善了进气口在低速飞行下的进气特性，同时进气口的加工工艺性也得到了改善。动力装置换装了采用了高温涡轮和空心涡轮叶片的涡喷-7乙型发动机，增大了推力。扩大机翼后整体油箱的容积，使飞机的续航时间得以有一定程度的增加。这六项改进都是针对米格-21 暴露出的一些缺陷而提出的，并且考虑到了当时工厂技术能力所能达到的水平，改进后将会使歼-7 更能适应部队的使用。
为了加快歼击-7 的改型研制速度，成都飞机制造厂首先在一架从空军部队借来的 2010 号米格-21 飞机作为样机，按照“六改”方案进行初步的改装试验。鉴于扩大机翼整体油箱容积的改装较为复杂，因此在这架飞机上没有实施，而是在机翼下加挂了一对 480 升副油箱的方式来增大燃油量。此外，进气道唇口圆弧半径也由于当时改装条件的限制而没有进行更改。因此 1964 年 4 月改装完成的这架样机实际上是“五改”状态。1969 年 6 月 16 日，空军第十一航校副团长王瑞生驾驶这架改装后的米格-21 进行了首飞，随后又进行了多次的测试飞行，到 1969 年 9 月完成了 28 个起落的全部鉴定试飞科目。除机翼加装 480 升副油箱可能会引起全机重心失调而在试飞前的样机预审时被临时取消外，另外四项改进项目都顺利通过了试飞鉴定，也就是所谓的歼-7“四改”状态。
在改装试验取得经验之后，成都飞机制造厂开始正式按“六改”方案投料试制五架原型机。1970 年 4 月 12 日，首架“六改”状态的 01 号原型机在试飞员庞立柱驾驶下首飞成功，到 7 月份完成所有试飞科目。而用于静力试验的 02 号原型机也于 1970 年 8 月完成了全机静力试验，加载到设计载荷的 110% 时才发生破坏，证明机体强度满足设计要求。1970 年 8 月 16 日，第三机械工业部将这种“六改”状态的歼-7 正式命名为歼-7I 型飞机，空军后来又改称为歼-7A，随后工厂开始了小批量试生产。从 1970 年到 1971 年期间，成都飞机制造厂投产三个批次，一共生产出整机 34 架。但由于当时改型设计工作缺乏技术上的全局安排，在思想上重视不够，导致一些改动的协调关系没有处理好，相关试验也进行的不充分，造成这批“六改”状态的歼-7I 型飞机存在比较严重的问题，如换装涡喷-7 乙型发动机后由于排气温度提高了 100 度，导致后机身的温度过高，这对飞机的飞行安全造成比较严重的威胁。再加上当时处于“文化大革命”时期，工厂里的技术、工艺、检验部门被取消，各种技术规章制度也被废除，生产管理处于十分混乱的状态，造成这些飞机存在着不少制造质量的问题，超差问题很多。1971 年 7 月，空军派人到成都飞机制造厂对飞机检验后表示这些歼-7I 飞机的质量差、问题多，结论是不能使用而拒绝接收。于是当时生产出来的这 34 架歼-7I 型飞机被迫长期停放在成都飞机制造厂的机场上而无法交付，无法进行设计定型，面临着将要下马的危险。
成都组装的第一架歼-7I
鉴于这种局面，三机部派出工作组专程来成都飞机制造厂调查整改，对飞机暴露出来的这些问题进行了具体分析，分清哪些是设计问题，那些属于生产制造超差问题，最终做出了歼-7 可以继续改进的结论。1972 年 5 月，当时的中央军委副主席叶剑英主持召开军委办公会议，听取第三机械工业部和成都飞机制造厂关于歼-7I 飞机试生产情况的汇报，重新审议了飞机的改进方案。结合当时工厂的实际技术水平和生产情况，对歼-7I 的原改进项目进行了删减，保留对战技术提高有关且容易实现的改进项目，而一时难以解决的改进项目暂不进行改动。因此在六项改进中取消了座舱盖外形加高、换装涡喷-7 乙型发动机、扩大机翼后整体油箱的容积这三项，只保留了增加一门机身左机炮、进气激波锥由三级调节改为无级自动调节、进气道唇口圆弧半径由 0.5 毫米增加到 2.0 毫米这三项改进。在统一意见的基础上，决定歼-7I 型飞机按这种“三改”状态重新进行试制和定型工作。
歼-7I 生产线
试飞院 043 号歼-7I 和 404 号歼-7