之后的 1984 年 1 月，用于静力试验的 02 号原型机也完成总装，开始进行部件和系统的静力试验。4 月 6 日，又成功地通过了 100% 设计载荷的静力破坏试验，证明飞机的结构设计是成功的。由于引进的样机因测绘已经拆解而难以恢复飞行，为了与米格-21МФ 飞机进行性能对比试飞，又花费 550 万美元外汇从埃及引进了一架米格-21МФ 飞机。1983 年 7 月 19 日，引进的米格-21МФ 飞机运到成都飞机公司，机号为 150，成为成飞公司的科研自用机。1984 年 3 月 25 日，试飞员余明文驾驶该机进行了试飞。随后还对国内飞机没有使用经验的自动驾驶仪和吹气襟翼进行了试用，一共飞行了 20 架次，为歼-7III 飞机的试飞提供了宝贵的经验。此外从 1978 年到 1984 年，先后还对歼-7III 的气动、结构、系统、特设等方面进行了 99 项试验，地面试验 40 项，从而保证了飞机首飞上天的安全。
1984 年 4 月 12 日，歼-7III 飞机 01 号原型机首次进行了地面滑行。4 月 26 日，在试飞员余明文的驾驶 01 号原型机首飞上天。5 月 6 日，在成飞公司机场召开了歼-7III 型飞机试制成功庆祝大会，会上 01 号原型机（机号为 151）进行了飞行表演。从 1984 年 5 月 8 日开始，01 号原型机开始调整试飞，共飞行了 12 架次 14 小时 32 分钟，到 6 月 17 日完成了全部调整试飞科目。调整试飞中 01 号原型机于 5 月 25 日首次在空中进行了自动驾驶仪的试验，试飞员认为自动驾驶仪改善了飞机的飞行品质，比 150 号米格-21МФ 飞机驾驶起来感觉要好一些。6 月 9 日首次进行的使用吹气襟翼下滑着陆试验中飞机的操纵性和稳定性也都比较正常。随后，03、04、05、06 号原型机相继完成总装，分别于 1984 年 5 月 31 日、9 月 17 日、11 月 11 日、11 月 19 日先后首飞上天，在完成工厂调整试飞后连同 01 号原型机都交付西安阎良飞行试验研究院开始鉴定试飞。
鉴于空军对全天候型飞机的急需，因此为了加快试飞进度，歼-7III 飞机同时投入五架原型机同时进行试飞，一次投入这么多原型机这在之前国内自行研制飞机的历史上还是第一次（当然和同期国外研制新机所投入的多达八到十架以上的原型机相比仍然还是数量较少的）。5 架 歼-7III 累计试飞 638 个有效架次、424 小时 44 分钟，试飞结果表明歼-7III 型飞机及发动机的性能达到或部分超过了原定的战术技术指标，结构强度符合设计要求，雷达火控系统和机载设备能够满足配套状态要求，实现了总体性能上与苏制米格-21МФ 飞机相当，火控系统性能方面优于米格-21МФ 飞机的原定设计目标。原计划歼-7III 飞机的鉴定试飞要在 1985 年 12 月前完成并通过设计定型，但实际却拖到 1987 年 10 月才完成全部试飞任务。造成这种局面主要是新研制的机载成品设备装机前没有进行充分的地面模拟试验或预先试飞，成品本身的问题在新机试飞过程中不断暴露，在试飞过程中经常遇到故障而导致飞机停飞。特别是与歼-7III 飞机同时开始研制的涡喷-13 型发动机，由于没有时间进行足够的长期地面和空中测试，只能装在新机上来直接进行试飞，而发动机长期以来一直都是中国航空工业的软肋，结果涡喷-13 型发动机的问题不断，这些因素都严重了影响歼-7III 飞机的鉴定试飞进度。
1987 年 12 月 12 日，航空军工产品定型委员会评审通过了歼-7III 型飞机设计定型，并报国家军工产品定型委员会进行批准。1988 年 2 月，国家军工产品定型委员会正式批准该机设计定型。1988 年，首批八架歼-7III 飞机总装完成，但因涡喷-13 型发动机的配套进度没有跟上，装配好的飞机只能停在成飞公司的机场上而无法交付部队。一直拖到 1989 年 12 月这些飞机才得以交付部队，并改称为歼-7C 型飞机。歼-7III 飞机虽然具备了全天候昼夜截击能力，但由于气动外形的修改和重量的增加，使飞机的机动性和续航能力反而较原来的歼-7 飞机有所下降，因此没有受到部队飞行员的欢迎，歼-7III 飞机原计划要大量生产，但空军原来的订货量被大幅削减，飞机的实际生产的数量却很少，仅仅只有 17 架，而且到 1996 年就停产了。飞机研制交付的拖延导致空军的换装计划推迟了数年，难以尽早地形成战斗力，这也成为空军大幅度减少原订装备数量的一个重要原因。
歼-7IIIA
由于歼-7III 型飞机存在着很多的不足，在装备部队后飞行员对其性能反映不佳，主要意见集中在加粗机头后阻力增加导致飞机的机动性能下降，尽管安装涡喷-13 发动机后使整机的推重比有所提高，但起飞重量也增加很多，加上机翼面积不变使单位翼载荷增大。在发动机加力状态下的起飞性能和歼-7II 基本相当，但在最大状态下则比歼-7II 飞机差。这使歼-7III 在夏季机场起飞时为缩短滑跑距离必须开加力起飞，使本来就比较紧张的燃油消耗在起飞阶段上，降低了飞机的留空时间。同时由于翼载荷的增加使飞机的下滑和着陆速度有所增大，在不使用吹气襟翼的情况下着陆性能和操纵性均不如歼-7II 飞机。而在使用吹气襟翼的情况下，着陆速度有所减少但飞机操纵特性不够理想。在进行中空水平和垂直机动时，单位过载杆力增大，连续机动时飞行员会感到比较吃力。因此飞行员的普遍反映是，歼-7III 保持稳态飞行能力优于歼-7II，但机动性和操纵性不如后者。另外歼-7III 的加大背鳍后导致座舱后向视野很差，不利于飞行中的观察。单脉冲体制的 JL-7 火控雷达无法抑制地面杂波，因而不具备下视能力，难以发现敌方低空飞行目标。为了解决空军提出的这些问题，提高飞机的综合作战能力，成都飞机工业公司在歼-7III 的基础上开始了进一步的改进工作，并命名为歼-7IIIA 型飞机，总设计师由王子方担任。
