Впервые применена система радиолокационного опознавания "хром—никель". Вновь установлено пушечное вооружение: в контейнере ГП-9 на подфюзеляжном узле подвески размещалась двухствольная пушка ПШ-23, а также две УР класса "воздух—воздух" с радиосистемой наведения РС-2УС (К-5) или УР с ТГС К-13. На борту была установлена система обнаружения радио­локационного облучения "Сирена-ЗМ". Выпускался в 1964—1965 гг в г.Горьком и в 1966—1968 гг. — в Москве
МиГ-21ФЛ
Модификация самолета с увеличенной емкостью топливных баков и вооружением, дополненным УР Р-2Л с радионаведением Выпускался в 1965—1968 гг. на ММЗ "Знамя труда" в основном для поставок на экспорт. В 1966 г партия самолетов в разобранном виде поставлена в Индию для сборки на фирме HAL
МиГ-21С
Имеет усовершенствованное ракетное вооружение УР Р-ЗР с радио­локационной полуактивной системой наведения, четыре подкрыльевых узла подвески. На самолете устанавливается радиоприцел РП-22С, коллиматорный прицел ПКИ, система командного наведения "Лазурь-М" и усовершенствованный автопилот АП-155, обеспечивающий управление по трем осям. Самолет выпускался в 1965—1968 гг. в г. Горьком
МиГ-21cM
Имеет улучшенные маневренные характеристики. На данной модификации самолета установлен усовершенствованный двигатель Р-13-300, встроенная пушка ГШ-23Л (боекомплект — 200 патронов), радиоприцел С-21 "Сапфир-2 1 " и оптический прицел АСП-ПФД. Вооружение, управляемые ракеты с радио­локационным наведением К-1 ЗР (Р-ЗР) и УР с ТГС К-13Т (Р-Зс). Для стрельбы по наземным целям применялись блоки НАР УБ-32 (32 ракеты, калибр 57 мм). Самолет выпускался в 1968—1974 гг в г. Горьком
МиГ-21МФ
Усовершенствованный вариант истребителя МиГ-21cM. Вооружение дополнено УР ближнего боя Р-60 (до 6 единиц), способными поражать маневрирующие самолеты на близких дистанциях. Самолет выпускался в 1970— 1974гг в г. Москве и в 1975г. в г. Горьком. Экспортный вариант строился по лицензии в Индии в 1973—1981 гг.
МиГ-21бис
Первый сверхзвуковой истребитель с маневренными характеристиками, соответствующими требованиям к самолетам четвертого поколения.