改进型的研制工作在 1954 年初展开，米格设计局将前面提到的 SM-9/2 原型机进行了改装并且又建造了一架全新的 SM-9/3 原型机。SM-9/3 在外部特征上与标准型“农夫”A 相比许多区别，其前起落架舱门处的小天线移到了主起落架舱门后面，座舱盖上取消加强框架以及机头右侧无线电天线的位置比“农夫”A 更为靠前。此外 SM-9/3 座舱后面安装有一个小天线。
SM-9/3 的武器配置与“农夫”A 相同，只是它在机身两侧的炮口前都有一块防焰板。飞机的操纵系统也作了改进，加装了 BU-14MS 系统和 ARU-2 载荷调整器，使飞机更易于操纵。由于安装了这些系统，飞机不得不设置 背脊来容纳操纵线路，这个背脊也成了 SM-9/3 和米格-19 后续型号的典型特征。此外飞机还安装了一套 APS-4 电动机械系统为其液压系统作备份。
SM-9/3 原型机，注意座舱和垂尾间多了一条背脊
SM-9/3 的后机身经过了重新设计，将常规的水平尾翼改成了一个翼尖带平衡配重的平板型全动水平尾翼，新尾翼可以有效地抑制飞机的颠簸。“农夫”A 在水平尾翼翼根处有两个并排的冷却空气进气口，而 SM-9/3 和后续的米格-19S 只有一个。SM-9/3 取消了“农夫”A 右侧水平尾翼处的 SOD-57 敌我识别应答机，加大了垂尾延长鳍，右侧的冷却空气进气口位置后移，扩大了尾翼上 Syrena2 雷达告警接收机的锥形整流罩。最开始，SM-9/3 采用了与“农夫”A 相同的方向舵，但是在厂试期间米格设计局减小了方向舵的面积，这也为后来的米格-19S 所采用。试验后期 SM-9/3 还取消了在后机身上的军徽。为了解决减速板展开后会带来飞机颠簸的问题，米格设计局在飞机机身下安装了第三块减速板。SM-9/3 还取消了“农夫”A 型尾喷口前面的一个进气口。
除了一些小的细节，SM-9/3 几乎与早期的生产型米格-19S 完全一致
SM-9/2 于 1954 年 9 月抵达茹科夫斯基并于 9 月 14 日由格利高里.施亚诺夫驾驶进行了首次试飞，此外还有飞行员基罗格利.K.莫索洛夫、康斯坦丁.K.科金纳齐、弗拉迪米特.A.纳夫约德夫也参与了试飞工作。在一次试飞中，基罗格利.K.莫索洛夫驾机在 9,300 米高空飞出了 1.462 马赫的速度。
SM-9/3 于 1955 年 8 月 26 日从米格设计局的试验工厂飞抵茹科夫斯基并在当年 11 月 27 日由康斯坦丁.K.科金纳齐驾驶首飞。除了一些小的细节，SM-9/3 几乎与早期的生产型米格-19S 完全一致。
两架原型机完成厂试后被移交给飞行研究院，厂试表明飞机的飞行性能和操纵性能有了显著的改进，并且继承了米格-19“农夫”A 出色的爬升率和最大速度。在飞行研究院的国家验收试验结束后，苏联空军又对其在前线条件下的使用做了评估试验。
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米格-19S“农夫”C
在苏联航空工业部宣布 SM-9/3 定型并下达生产令后不久，GAZ-21 和 GAZ-153 工厂生产的第一批米格-19S 便下线了，后者在生产米格-19S 的同时还在生产米格-19“农夫”A 并一直持续到了 1956 年 6 月。苏联航空工业部给米格-19S 的编号是“型号 26”。
第一批生产型的米格-19S 与 SM-9/3 还是有一些区别的：SRD-1M 测距仪由机鼻处移到了前起落架舱门上方，进气道左侧的圆形检测口较大。在后来的生产批次中，SRD-3“梯度”测距仪取代了 SRD-1M，并且用 AKS-5 照相枪替代了原有的 AKS-3M 照相枪。
米格-19S 翼下的 BD-3-56 挂架通常都挂载 2 个 760 升的可抛弃副油箱，但是它也可携带最大重量为 250Kg 的炸弹，主起落架舱门后的可拆卸挂架可挂一个 8 发 S-5 无制导火箭的 ORO-57 火箭巢。飞机的三门火炮全换成了 NR-30 30 毫米机炮。NR-30 机炮射速 900 发/分，每门备弹 70 发，从 1954 年就开始装备苏联战斗机。米格-19S 的第 1 批次使用 ASP-5 瞄准具，后来换成了 ASP-5M，后续的批次采用了 ASP-5N-V3 瞄准具。
米格-19S 的航电设备有 RSIU-3M 无线电台、一台 RV-2“Kristall”无线电高度计，一台 ARK-5“阿穆尔”无线电罗盘和一套 SRO-1“巴里-M”敌我识别系统（后来的批次换成了 SRO-2 敌我识别系统）。
米格-19S 采用了两台单台推力 3,250 千克力的 RD-9B 涡喷发动机，该发动机重 695 千克，长 5.36 米，直径 0.67 米，由位于莫斯科郊外的土西诺“联盟”机械制造局的亚历山大.米库林领导的设计组研制。
RD-9B 涡喷发动机
米格-19S 的机翼内有两个带橡胶内衬的油箱，每个发动机尾喷管下方还各有一个小的铝制机身油箱，总携油量 2,169 升，由于耗油率高，米格-19S 通常都在翼下挂两个 760 升的副油箱。在这种情况下，飞机的最大速度从 1,390 公里/小时降到了 1,150 公里/小时，但同时飞机的航程也由 1,367 公里扩大到 2,200 公里。
在生产进行的同时，米格-19S 的航电设备、武备和其他一些系统也在不断的改进升级，早期型米格-19S 装备的是埋装式 NR-30 机炮，后来换成了炮口带制焰器的 NR-30。早期型米格-19S 有一块小炮口防焰板，而后期型变成了椭圆形的防焰板，最后在飞机第二次大修期间，所有的米格-19S 都取消了防焰板，取而代之的是分别安装在炮口前后的 2 方形个排烟口。但是可以很明显的看出，飞机上原先安装防焰板位置的颜色要比其它部位暗一些。后期型的垂尾前缘延伸鳍有所加大，并且右侧有两个进气口。
苏联空军一支飞行表演队的 MiG-19S
米格-19S 服役后不久就被西方观察家发现，北约称为其“农夫”C 型战斗机，苏联本土以外第一批换装此型飞机的部队是驻民主德国的空军第 24 军。1959 年 3 月 10 日，一架从法国土伦基地起飞的第 19 战术侦察中队的 RC-66C 侦察机在西德上空执行一次训练任务，由于地面引导信息的失误，该机在当地时间 15:01 进入了民主德国领空。第 24 军的一架米格-19S 立即起飞拦截，在地面引导的指挥下，米格-19 很快发现了敌机并向其开火射击，最后 RB-66C 多处中弹坠毁在加德莱登附近。机组成员大卫.I.郝兰德上尉（飞行员）、麦尔文.J.凯斯勒上尉（领航员/机长）、哈罗德.W.维科中士（领航员）跳伞后被东德人民军俘虏，随后他们被移交给了苏联驻东德当局。这一事件震惊了白宫，就在同一天约翰逊总统召集了国务卿迪恩.罗斯克和助理国务卿麦柯乔治.邦迪商讨如何处理这一事件。在经过和苏联当局的多次谈判之后，苏联人释放了 RB-66C 的机组成员。