50 年代初，苏联第二代喷气歼击机米格-19 开始取代第一代喷气歼击机米格-17，米格-19 的最大速度略超过音速。在涉足超音速领域后，苏联设计师很快就认识到，必须为飞机探索新的气动外形和新的机翼形状。
1953 年夏天，苏联部长会议作出决议，要求歼击机设计局研制速度更高的超音速歼击机，设计工作在米高扬设计局和苏霍伊设计局同时开始，它们的设计都是以中央航空流体动力研究院的研究成果为基础，布局也相似，采用长长的香烟状机身，机头圆形进气道，进气道内有中心进气锥，进气道下装雷达瞄准具天线。机翼采用两种外形：后掠翼和小展弦比三角翼。
米高扬设计局搞了四种设计方案：装 AM-11 发动机的后掠翼歼击机 E-1，装米格-19 的 AM-9B 发动机的后掠翼歼击机 E-2，与 E-1 的区别在干 E-2 的机身后部有腹鳍，还装分段式前缘襟翼；装 AM-11 发动机的三角翼歼击机 E-5 和装 AM-9 发动机的三角翼歼击机 E-4。上述方案均采用后掠尾翼，全动平尾，向前打开的座舱盖。在飞行员弹射跳伞时，座舱盖保护飞行员不受高速气流的伤害。
由于米库林设计局不能在预定时间内把 AM-11 研制出来，所以只有后掠翼的 E-2 和三角器的 E-4 进入试飞阶段。
1955 年 2 月 14 日 E-2 首飞，起飞重量 5,334 千克、空重 3,687 千克、装两门 NR-30 机炮于中机身下部，另外还可带两组火箭弹（每组 8 枚）。双梁式机翼在 1/4 弦线的后掠角为 55º，装有开缝襟翼和前缘襟翼，座舱前风档玻璃有电防冰器，机身内有四个油箱，机身下有一个外挂副油 箱、E-2 的最大速度达 1,920 公里/小时，实用升限 19,000 米。
1955 年 2 月 14 日 E-2 首飞
同年 6 月 16 日，三角翼 E-4 首飞。该机装 AM-9B 发动机的改型 RD-9I，试飞结果不能令人满意，最大速度仅达到 1296 公里/小时，实用升限 16,400 米。
同年 6 月 16 日，三角翼 E-4 首飞
面对苏霍伊设计局的竞争，米高扬设计局边制造 E-2 和 E-4 原型试飞机，边对它们进行改进。1955 年制成 E-2A 歼击机，该机装 RD-11 发动机（AM-11 的新代号），保留了两门 NR-30 机炮，四个机身油箱的总油量 1,890 升，外挂油箱 400 升，机载设备包括 RSIU-4 无线电台、“VARII-I”应答器、ARK 无线电罗盘、MRP-48P 无线电信标接收机和“SYRENA-2”照射告警系统。该机全套机载设备成为“E”系列轻型歼击机的标准设备。
在 E-2 首飞一年之后，1956 年 2 月 17 日，E-2A 首次飞行。由于发动机重量增加，E-2A 比 E-2 几乎重一倍，起飞重量 6,250 千克，空机重 4,340 千克，因此 E-2A 的速度反而比 E-2 低一些，最大速度为 1,900 公里/小时，升限下降到 18,000 米、尽管如此，设计局在继续试飞的同时为批生产作准备，飞机代号定为米格-23，所以早在 1956 年就出现了米格-23 这一代号。但是，目前人们所熟悉的米格-23 歼击机不是指的这种型别，而指的 1963 年设计、70 年代初投入使用的变后掠翼歼击机。
修改后的 E-4，机翼有 3 个翼刀
1955 年，E-4 在试验过程中不断修改，取消翼下的一个大翼刀，发动机由 RD-9I 型改为 RD-9E。修改后的 E-4 于 1956 年 9 月 5 日首飞。1955 年在 E-4 试飞过程中就为制造另一架飞机奠定了基础，人们认为这是第二架 E-4，实际上却是按另一个三角翼歼击机方案 E-5 制造的。该机一开始就装修改过的机翼，机翼前缘后掠角为 57º，上表面装三个小翼刀。这架 E-5 装 AM-11 发动机于 1956 年 9 月 1 日首次飞行，试飞结果表明，该机飞行性能良好，三角翼歼击机首次速度达到 1,970 公里/小时，实用升限达到 17,600 米，爬升速度比 E-2 高得多，在 16 分钟内可爬升到 5,000 米、起飞重量不大，仅 4,443 千克。在试飞阶段，设计师、试飞员和军方人士均相信，E-5 定会很快投入批生产，并在试飞阶段就正式定名为米格-21，然而他们高兴得太早，该机又进行长达 3 年修改、试验，再修改再试验，才送到批生产工厂。
这架 E-5 装 AM-11 发动机于 1956 年 9 月 1 日首次飞行
苏霍伊设计局也同时搞 4 种方案：后掠翼歼击机 S-1，三角翼歼击机 S-3，后掠翼截击机 T-1，三角翼截击机 T-3。4 种飞机均采用一台留里卡设计局的 AL-7 涡轮喷气发动机。但是 S-3 和 T-1 的设计工作最后没有完成，而集中力量搞 T-3 和 S-1。这两种设计的重量较米格飞机重量大，但发动机的推力也大。这两种飞机的机身和尾翼基本结构相同，不同的是机翼和进气道。
T-3 和 S-1 的设计工作进展十分顺利，1956 年 5 月 26 日第一架三角翼 T-3 首次飞行，装加力式发动机 AL-7F 的 T-3 试飞结果令人满意，最大速度 2,100 公里/小时，实用升限 18,000 米，爬升到 10,000 米高度用 2.3 分钟。该机为 截击机，不仅装机炮，还装由机载雷 达控制的导弹武 器。
把任务不同的 飞机拿来比较是不合适的，这里不把 E-5 轻型歼击机和 T-3 截击机相比。值得注意的是，E-2、E-5、S-1 和 T-3 都是根据 1953 年的部长会议决议研制的，正是在这个时候开始了三角翼 和后掠翼气动力性能的“较量”，这方面的研究工作虽然早就开始了，但即本上是用模型作试验。1955 年~1956 年开始的 E-2、E-5、S-1 和 T-2 试验机试飞成为推动苏联飞机制造业和歼击机发展的新动力。
E 型系列飞机的研制和试验表明，可以研制出速度达到 2,000 公里/小时或可超过这一速度的作战飞机。然而，飞机在攻击目标时的瞬时速度超过最大速度的想法对设计师更具吸引力，米高扬设计局设计师决定在飞机上采用由主涡轮喷气发动机和火箭加速器组成的组合式动力装置，来提高飞机的瞬时速度。