换装了进一步增大推力的涡喷-13FI 型发动机，增大了推重比，改善飞机的飞行性能。涡喷-13FI 型发动机的最大推力达到 4,511 公斤，加力推力达到 6,669 公斤。发动机重新设计了第一级压气机，转子的叶片由 24 片减少为 19 片，增大了进气流量并在压气机叶片上采用了附面层控制技术。改进设计了隔热屏，对热端部件的材料与加工工艺也进行了多项改进，使涡轮前温度提高到 1,015 度，为推力的增加提供了保证。发动机的首翻期达到 300 小时，总寿命延长到 900 小时。
其次是更换了更先进的雷达火控电子设备，使综合作战能力有了较大的提高。换装了 JL-7A 型火控雷达，HK-13A 型平视显示器取代了原来的 HK-03D 型光学瞄准具，使火控瞄准技术水平上了一个台阶。加装和换装了 KJ-11A 型自动驾驶仪、ADS-1 型大气数据计算机、JD-3II 型塔康导航系统、563B 型惯性导航系统、WL-7A 型无线电罗盘、265 型雷达高度表、TKR-122 型超短波电台以及小型化的角速度信号器和空速-M 数组合仪表，改善了飞机的驾驶以及通讯导航能力。换装 930-4 型全向雷达告警器、941-4A 型箔条/红外干扰弹投放器，提高了作战环境的适应性和安全性。此外还换装了 23-3A 型双管机炮，机翼下可以挂载性能更好的霹雳-7 和霹雳-8 红外制导空空导弹，进一步提高了飞机的攻击能力。
歼-7IIIA 型飞机于 1988 年开始进行改进设计，并首先在成飞公司的 151 号歼-7III 型飞机上按改进方案实施了改装。1991 年 8 月 20 日，试飞员刘庆礼驾驶该机完成了首次试飞。1994 年 11 月 27 日，歼-7IIIA 型飞机通过设计定型的技术审查开始投入小批生产。1995 年 12 月 25 日，航空军工产品定型委员会正式批准设计定型。尽管歼-7IIIA 作战效能和使用维修性有所提高，但并没有能完全解决歼-7III 型飞机的航程短、机动性差的缺陷，因此也只生产了 32 架就于 1999 年停产了，交付空军后改称为歼-7D 型飞机。1999 年 10 月 1 日，在建国五十周年的阅兵仪式上，歼-7C 和歼-7D 组成的飞行编队一起飞过天安门广场接受了检阅。
歼-7CP（方案）
除了对米格-21МФ 进行测绘设计外，成都飞机公司也试图通过其他途径来使歼-7 飞机获得更强的全天候作战能力和更好的飞行性能。歼-7 飞机所采用的机头进气方式严重制约了其装备大直径天线雷达的能力，为了能够安装搜索距离更远的多功能雷达，就必须将机头空间腾出来才行。
1984 年，巴基斯坦空军在考察歼-7M 飞机的同时向中方提出了一份在歼-7M 型飞机基础上进行改型的建议书，要求将“空中巡逻兵”7M 型雷达测距器换装为具有下视功能的火控雷达、将涡喷-7 乙型发动机更换为推力更大的美制 F404 涡扇发动机、增加 1,000 升以上的机内总油量、改进电子设备、采用整体风挡改善飞行员的视界、提高飞机结构寿命等多项改型要求。为了争取巴基斯坦的订货，成都飞机公司开始了新出口外贸机的方案设计，并将其命名为歼-7CP，对外也称为 F-7CP，编号里的“CP”取意为中巴合作研制。巴基斯坦随后在 1985 年提出了计划购买大约 150 架歼-7M 飞机进一步改进型的“佩刀”II 项目国际招标，中方的中国航空技术进出口公司则以歼-7CP 方案参与投标。结果多次考察后巴方最终决定由成都飞机公司和美国格鲁门飞机公司共同合作来进行“佩刀”II项目的可行性技术研究，并确定以歼-7CP 方案为基础进行改进。
歼-7CP 方案是以歼-7M 飞机为基础，参考歼-8II 的气动布局进行改进的，其外形最大的改动就是飞机的机头进气改为两侧进气方式，机头空间则用来安装火控雷达。机翼保持原样但增设前缘机动襟翼以提高飞机的中低空机动性，换装美制 F404 加力式涡扇发动机来提高飞机推重比和方便维护使用，后机身和尾翼则基本保留歼-7M 原来的结构以降低技术风险和加快研制进度，扩大机内油箱容量及增加整体油箱使机内油量增加到 3,000 升。武器系统方面换装一门 23-3 型双管机炮，增加了一对机翼翼尖挂架，使武器挂架的数量增加到七个。随着起飞重量的加大相应加强了主起落架强度，机载电子系统则直接使用 F-16C 的现成设备，另外还对机体进行了加强设计，使飞行总寿命延长到 3,000 小时以上。歼-7CP 方案的设计思路是尽可能地保留歼-7M 原有的机体结构，以控制飞机的成本和研制技术难度。改进后的飞机在飞行性能、作战效能以及航程、火力方面都能满足巴基斯坦方面提出的要求。
歼-7CP 方案从 1985 年开始设想，到 1987 年 10 月完成了气动模型吹飞和打样设计工作，制造了比例为 1:1 的全金属样机用于飞机各结构和系统的协调，成都飞机公司和格鲁门公司也合作完成了项目可行性分析。但后来巴基斯坦空军对歼-7CP 改进方案经过研究评审后认为歼-7CP 方案的机动性仍然无法抗衡其主要对手印度所装备的米格-29 战斗机，并且近三亿美元的研制费用也令巴方难以承受，于是巴基斯坦国防部于 1987 年底决定终止了“佩刀”II项目方案，改为向中国购买歼-7P 型飞机，随后歼-7CP 的研制工作也随之终止。
歼-7C（方案）
歼-7C（编号里的“C”代表“出口”）方案是作为歼-7CP 方案的国内发展项目提出来的，并与歼-7CP 方案并行发展，是作为歼-7M 外贸出口的后续机进行研制的。改进项目类似于歼-7CP，但发动机采用改进的国产发动机，机载电子设备的配置也有所不同。歼-7C 方案前后进行各项风洞吹飞试验 3,000 多次，完成了方案总体设计和各系统的初步设计。后由于航空工业部对该方案没有批准立项，加之成都飞机工业公司又开始和格鲁门公司合作研制性能更好的超-7 飞机，歼-7C 的研制工作于 1987 年底中止。
超-7（方案）