早期的米格-21 是一种轻巧灵活、爬升快、跨音速和超音速操纵性好的轻型昼间歼击机，但由于机体尺寸和起飞重量都比较小，武器载荷小导致火力较弱，内部布置也相当紧凑，难以容纳更多的燃油以及机载雷达电子设备，这就在很大程度上限制了飞机的航程和全天候作战能力。因此米高扬设计局在对米格-21 后来的多次改进中都把重点放在加大飞机航程、增强火力、改进执行多种任务和全天候作战的能力上。第二种批生产型为米格-21ПФ，飞机的机头被加粗，进气道口直径增大到 870 毫米。进气道中心激波锥的体积也随之加大，为安装天线较大的新雷达提供了足够的空间。РП-21 型全功能雷达替换了里面原有简易的 СРД-5 型雷达测距器，飞机得以在夜间和复杂气象条件下升空作战。加大加宽了机身的背鳍，以利用增加的这些空间来多装燃油以扩大航程，内部燃油量达到了 2,410 升，航程有了不少提高。受当时机炮和空空导弹之争的影响，米格-21ПФ 的机炮被去掉了，只在机翼下挂载了两枚红外制导空空导弹。随着起飞重量的增大，发动机也更换为推力更大的 P-11Φ2-300 型。通过上述改进，米格-21ПФ 的全天候截击能力较原先大为增强。
米格-21Ф-13 原型机
按照类似的改进方式，米格-21 陆续改进出米格-21MФ、米格-21БИС 等多用途型。机头变得更为粗大，换装了功能更好的雷达和其他电子设备。此外机载武器也更换了高射速的双管航炮以及性能更好的空空导弹。翼下武器挂架增加到四个，除了可挂空空导弹外，还可以挂载各类空空或空地火箭弹发射器、航空炸弹等各种武器，不但飞机的对空作战能力增强，而且对地攻击能力也得到很大提升。为增大飞机的航程以适应任务的要求，除进一步加大背鳍来增加内部燃油空间外，还在机身下以及两侧机翼下各挂载一个副油箱。通过上述改进，米格-21MФ 及米格-21БИС 飞机的作战效能得到有效地提高，已经远不是当初简易的米格-21Ф 型飞机所能比拟的了。
E-7 原型机
波兰空军 米格-21ПФ
波兰空军 米格-21MФ
中国在引进米格-21 飞机之初的型号是米格-21Ф-13 型，即机翼挂架可挂载 К-13 型红外制导空空导弹的米格-21Ф 型飞机，仅仅达到米格-21 最初期改型的技术水平。在引进之后，中方对其进行了深入的技术分析与研究，并针对国内的需求和飞机原有的缺陷开始了长达四十多年的漫漫改进之路，最终的歼-7 得以青出于蓝而胜于蓝。
制作成雕塑的苏联空军米格-21Ф-13 飞机
早在米格-21 刚刚进入苏联空军部队服役之际，中国就注意到了这种飞机并开始寻求引进了。1959 年 2 月 7 日，周恩来总理和苏联部长会议主席米高扬在莫斯科签订了 1959 年到 1967 年中苏经济合作协定。随后第一机械工业部四局派出了以徐昌裕、李兆翔分别担任正、副组长的 14 人航空专家小组，于 2 月 27 日赴苏联具体谈判有关航空工业的援建项目。在这次谈判过程中方向苏方提出了引进米格-21 飞机的愿望，而苏联方面也初步同意将米格-21 飞机的生产许可权转让给中国，于是中方就开始为仿制米格-21 进行前期的准备工作。但实际上米格-21 的中国之旅却迟迟未能成行，苏联方面一直拖到 1961 年才向中国转让了米格-21 飞机的生产技术，这其中的缘由还要从那个时期的中苏关系说起。
五十年代初期随着中苏同盟的形成，中国和苏联这两个社会主义国家的关系开始进入蜜月期，为了增强中国的国防能力和恢复经济，使中国成为社会主义阵营在东方的坚固防线，苏联开始对中国提供了大规模的全面援助。而苏联在航空技术和生产方面的援助，对中国航空工业的创建和发展壮大也起到了至关重要的作用。从 1951 开始苏联先后按照两国间的一系列协定，向中国航空工业系统一共派遣了 856 名技术和管理专家。并向中国提供了 7 种飞机、9 种发动机、5 种战术导弹以及数百种机载设备的制造技术，援助了生产所需的成套设备和器材，在苏联援华的 156 项重点建设工程中航空工业就占了 13 项。然而中苏两国的这种兄弟般的友好关系并没有维持几年就开始出现了裂痕，1956 年苏共二十大召开之后，中苏两党在两党关系方面、对外政策的指导思想以及国际共产主义运动方向等一系列重大问题上的分歧越来越大，逐渐从友好合作的巅峰走向对抗对立的低谷。
