米格-21 和歼-7 飞机装备部队以后，空军认为飞机的稳定性、操纵性、起飞着陆性能良好，对飞机的飞行速度和高度比较满意，无线电及其它机载设备也都比以前装备的歼-6 飞机更为先进，是一种较好的飞机，但在使用的过程中也暴露出飞机的一些设计缺陷和不符合中国国情的问题。如部队飞行员反映强烈的座舱空间设计参数与中国飞行员人体参数不完全相容，弹射救生系统可靠性差而影响飞行安全。飞机机翼下外挂的两枚空空导弹性能落后而且发射使用限制条件太严，在实战上难以发挥应有的作用和威力。飞机只装备了一门 30 毫米口径的航空机炮且备弹量又少，导致近战时火力不足。机体内部燃油量太少，飞机的作战留空时间短等。为了满足部队的需求，三机部于 1968 年指示成都飞机制造厂停止歼-7原型的试制，要尽快开始对歼-7 飞机的改进改型，立足首先解决部队提出的这些迫切要求改进的问题。在此后的三十多年里，成都飞机制造厂不断挖掘歼-7 的潜力，从而发展出数十个不同的型号，不但使之成为中国空军和海军航空兵的主力歼击机，而且成为八、九十年代中国出口创汇最主要的军用飞机。
歼-7 原型
歼-7 原型是歼-7飞机的第一种生产型，由沈阳飞机制造厂按照米格-21Ф-13 型飞机仿制而成的。飞机结构基本与米格-21Ф-13 型一样，但根据当时工厂生产工艺的要求进行了少量的改动。沈阳飞机制造厂于 1967 年开始歼-7 原型的小批生产，不过生产时间很短，到 1970 年停产为止一共只生产了 23 架，加上用苏制米格-21 散装件组装的 15 架整机以及当初引进的那架样机，一共交付给空军 39 架，其中军援阿尔巴尼亚 12 架。
歼-7 自动增稳系统验证机
歼-7 飞机尽管在中空或低空低速时具有足够的动稳定性，但在高空高速飞行时的动稳定性却不足，容易突然出现“低头”现象，这种绕其重心的俯仰振荡周期往往只有几秒钟。此时飞行员仅靠机械操纵系统来不及推拉驾驶杆转动平尾来消除。这种振荡现象不仅在飞机平飞受扰时产生，而且在正常操纵时也可能会产生，这样必然会影响飞行员操纵飞机甚至危及飞行安全，同时也会影响到飞机作战性能，降低武器射击的精度。解决这个问题的最行之有效的办法之一就是在机械操纵系统中加装自动增稳系统进行增稳。1964 年西安飞行控制研究所（618 所）根据当时空军的要求，开始研制 631 型纵向阻尼器，尝试用以改善歼-7 飞机的纵向稳定性。这是一种模拟式单轴自动增稳系统，是国内自行研制的第一套用于增强高空高速飞行时纵向动稳定性的歼击机纵向阻尼系统。631 型纵向阻尼器共生产试验样机 5 部，1970 至 1971 年安装在一架歼-7 飞机上进行了验证试飞，试验结果表明飞机加装纵向阻尼器后能显著地增加短周期模态的阻尼比，纵向稳定性得到了一定改善，但还存在力反传问题。限于当时的认识，631 型纵向阻尼器只是简单地在原来的操纵系统基础上来弥补飞机自然阻尼的不足，在助力器前面接入阻尼器的舵机，从而导致严重的力反传而使飞机不可控。后来为了排除力反传问题，又在操纵系统杆系中增加一个摩擦阻尼筒，结果又使驾驶杆力过大造成了严重的人激振荡，这种人激振荡在起飞和着陆过程中发生将很危险，该现象曾经使试验飞机在着陆时冲出跑道前轮受损。由于当时国内技术水平的限制，这些问题一时难以解决，加装自动增稳系统的试验仅试飞了两个起落后就被迫停止了。
歼-7I
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。