与歼-7II 型飞机相比，歼-7III 的前机身明显加粗，进气口直径由 663 毫米增大到 870 毫米，扩大了的进气激波锥可以容纳更大直径的火控雷达天线。机头内安装了一部 2 厘米波段单脉冲体制的 JL-7 型火控雷达，具有对空搜索、截获、自动跟踪和空对地测斜距等多种功能。为了保证雷达的正常工作环境，机上还增加了一套雷达通风冷却系统。JL-7 型雷达与 HK-03D 型光学瞄准具组成飞机机载武器的火控系统，实现了昼夜和复杂气象条件下的作战能力。为了保证飞机机身加粗后有足够的航向安定性，垂直尾翼面积由 4.45 平方米增大到 5.34 平方米，减速伞舱也移到了垂直尾翼的根部。座舱后的背鳍加粗以便能够容纳新增加的背鳍油箱，内部燃油量的增加弥补了飞机外形改变后阻力增大导致的航程下降。另外由于背鳍的加粗使得飞行员的后向视界变差，因此在座舱盖上方增加了一个后视镜来帮助飞行员观察飞机的后方空域。同时座舱盖的打开方式也改为向右侧翻起，使出入座舱更加方便。座舱照明系统改用红光照明体制，以更好地适应夜间飞行作战的需要。救生系统采用了性能改进了的 HTY-3 型火箭弹射座椅，可在零高度至升限，130~1,000 公里/小时的范围内安全弹射救生。由于飞机起飞重量加大，主起落架机轮也相应加大，因此不得不在机翼根部机身处增加了一个明显的鼓包进行整流。动力装置换装了新研制的涡喷-13 型发动机，最大推力增加到 4,100 公斤，加力推力达到 6,600 公斤。机身尾部采用简单收敛式引射喷管，机尾整流罩左右各有一个缺口，以便利用尾喷流来调整飞行中的航向不平衡。发动机安装有空中遭遇起动装置，保证在空中各种状态下不停车或停车后能有效的空中起动，有效提高了发动机工作的稳定性。飞机的燃油系统采用了重力加油方式，机内共有 13 个油箱，其中机身内由 8 个橡胶软油箱、背鳍 1 个金属硬油箱以及机翼的 4 个整体油箱，总容量为 2,635 升，带三个副油箱时全机燃油总容量达到 4,316 升。采用了吹气襟翼、火箭助推器等新装置，改善了飞机的起飞着陆性能。加强了攻击火力和武器的挂载能力，机身下安装了一门 23 毫米口径的 23-3 型双管速射航空机炮，备弹为 200 发。机身下挂架可挂 480 升或 760 升副油箱以及组合式炸弹挂架，机翼下的挂架数量增加到四个，可以挂载霹雳-2 或霹雳-5 乙型空空导弹四枚，也可以挂 HF-16A 或 HF-7B 航空火箭弹发射器各四个。HF-16A 发射器可携带 12 枚 57-2 型航空火箭弹，HF-7B 可携带 7 枚 90-1 型航空火箭弹。此外机翼挂架也可以挂载十枚 100-II 型或四枚 250-II 或两枚 500-II 及两枚 250 低阻航空炸弹。飞机上还加装或换装了 KJ-11 型自动驾驶仪、506 型双频段超短波电台、264 甲型无线电高度表、XS-6A 型信标接收机、WL-7 型无线电罗盘、HZX-4 型航向姿态系统、930-2 型机尾雷达告警器、605 甲型敌我识别器、941 型箔条/红外干扰弹投放器和 481 型数据传输/导航系统等机载电子设备。机载设备中除了全向雷达告警器和双管航空机炮是测绘的外，其他均是当时国内较为先进的设备，使歼-7III 飞机具有更好的搜索跟踪、通讯导航、引导和敌我识别功能，保证了飞机遂行的全天候作战的能力。
在成都飞机设计研究所测绘设计米格-21МФ 飞机的时候，贵州发动机设计研究所（011 基地第二设计所）和黎阳发动机厂也开始对米格-21МФ 飞机配装的 Р-13-300 型发动机进行测绘设计，并命名为涡喷-13 型发动机。1978 年 7 月苏制发动机开始分解，1979 年 3 月完成了全部测绘设计工作，随后由贵州黎阳发动机厂和成都发动机厂（420 厂）共同进行试制。由于 Р-13-300 型发动机技术上比涡喷-7 提高很多，在试制过程中遇到很多困难，工厂先后攻克了钛合金加工成型、各种涂层的研制和涂覆工艺的实施、密集小孔加工技术、环形件钎焊等一系列技术关键，完成了 8,210 套工艺装备的设计和制造，一共进行了 2,925 项新零部件的试制。1980 年 12 月，首批三台发动机装配完成开始进行试车，到 1984 年先后完成了可靠性试车、高空台模拟试车、露天台性能试车及长期试车考核，测试表明发动机的各方面性能均达到了设计要求。1987 年 11 月 30 日涡喷-13 型发动机通过设计定型技术鉴定。
经过一系列的生产准备，1983 年 1 月，歼-7III 飞机零批六架原型机零件正式投入试制。1983 年 10 月，用于试飞的 01 号原型机开始部件装配。12 月 17 日，来自成都飞机制造公司的飞机机身和来自贵州 011 基地的机翼一次对合成功，顺利地进入总装阶段。12 月 31 日开始，又仅用三十个昼夜就完成全机的总装，1984 年 2 月 6 日，01 号原型机正式移交试飞站，开始首飞前的地面准备工作。
正当 01 号歼-7III 型飞机在准备试飞的时候，1984 年 3 月 22 日，在河南兰考弹射救生试验场进行火箭弹射座椅地面试验时意外地发生了翻车事故，歼-7III 机身试验段和火箭滑车全部损坏，弹射试验被迫中断。由于火箭弹射座椅弹射试验是新机首飞前必须要完成的重大试验，为了不影响飞机首飞的进度，型号研制现场指挥部决定在 4 月 1 日前赶制出新的机身试验段和火箭滑车，重新再进行试验。于是成都飞机公司用了仅九昼夜的时间就赶制出新的机身试验段，湖北的中国航空救生研究所（610 所）用了仅七昼夜赶制出新的火箭滑车。4 月 9 日弹射试验重新开始进行，全体参试人员连续进行了六昼夜，完成了所有的试验项目，创造了当时中国航空工业此类试验的最快速度，赢得了宝贵的时间，从而保证了歼-7III 飞机的首飞能够顺利进行，这就是航空工业系统当年著名的“九七六精神”。
