歼-6I 正是为了解决上述问题而改装的产品，但采取的改进相当简单。其主要措施就是换装涡喷-6 甲发动机，单台加力推力增大 4.9 千牛。此外还采取了增大襟翼面积（增加 0.6?）、拆除着陆灯等非必要设备、拆除两门翼根航炮（仅保留机头右下方那一门）等措施，但这些措施对飞机性能的提高影响有限。
1966 年，歼-6I 改装成功。总计改装了 12 架（*）。
歼-6II
歼-6II 是歼-6I 进一步发展的昼间高空截击型。该型出现的原因仍然是打击美高空无人侦察机，且由此可知歼-6I 的改装效果不彰。
歼-6II 的主要特点是：改进进气系统，自 59 式之后首次在歼-6 上加装可调激波锥，改善高速条件下的进气效率并减小阻力；进气口唇口半径减小，增加 8 个辅助进气门（由此推测进气道捕获面积有所减小）；发动机仍采用加大推力的涡喷-6 甲；由于歼-6I 仅装备 1 门 30 毫米航炮，火力不足，因此在机头左下方增加 1 门 23毫米航炮；有文章称该机可以加装两枚空空导弹，但未见其它资料或照片证实；此外，歼-6II 也沿用了歼-6I 的方法，拆除不必要的照相枪、信号枪等设备，以求减轻重量。
1969 年，沈阳飞机厂开始改进研制歼-6II。当年 3 月 25 日，歼-6II 首次试飞成功。该机仅生产 2 架（*），至 1980 年退役。就当年的实际情况来看，1968 年美国停炸北越，1969 年打击美高空无人侦察机的战斗已接近尾声，至 1969 年底美军即停止了使用无人侦察机侦察我西南边境的行动。因此歼-6II 改进的进展虽快，但服役时已几无用武之地。
歼-6III
歼-6III 其实是歼-6 家族中争议最大的一个型号。长期以来，歼-6III 一直是作为“左”的思想造成的恶果进行批判的。但当年的情况真的是一个“左”字可以概括的吗？要评价歼-6III 的功过是非，就必须回到当年，看看实际情况。
1965 年，空军根据总参和国防科委的要求调整了装备发展规划，歼击机方面要求 1966～1970 年将米格-21 仿制出来，1971～1975 年将米格-21 改型生产出来装备部队。到 1969 年 3 月，空军提出继续改进歼-6III。1969 年 7 月 28 日歼-6III 即完成总装，8 月 5 日首飞成功。
在此期间，大陆正同步展开歼-7 仿制和改进工作、歼-8 的研制工作。歼-6III 的研制是否对这两型飞机带来了负面影响呢？歼-7 的仿制工作原本是由沈阳飞机厂承担的，但在歼-8 设计工作展开后，歼-7 飞机已于 1968 年 8 月转至成都飞机厂生产。1969 年 6 月，成飞改进研制的歼-7I 首次试飞。至于歼-8，首批两架原型机已于 1968 年 7 月总装完毕。但随后即陷入长时间的等待和争执中，直至空军副司令曹里怀拍板后，才于 1969 年 7 月 5 日完成首飞。由时间上不难看出，歼-6III 的研制对两型未来主战机型的研制/仿制工作并无影响。
那么歼-6III 是否对上述两型的生产构成影响呢？对歼-7 来说，由于已经转至成都飞机厂生产，因此不存在和歼-6III 争夺生产资源的问题。而且就后来的情况来看，这段时间生产的歼-7 和歼-7I 质量低劣，同时由于原型机带离式救生系统成功率不高，很快停产，产量极少，也不可能和歼-6III 相互掣肘。而歼-8 仍在研制征途中艰苦跋涉，直到 1979 年 12 月才定型。
再看看空军决定继续改进歼-6III 的决定是否有问题呢？公开的说法是，这一决定受“左”的影响，脱离实际。但要求对一种刚刚装备部队不到 5 年、虽有两种改型但改型产量仅 14 架的现役歼击机进行进一步改进，这一要求无论从哪个角度看都不过分。特别需要指出的是，空军提出改进歼-6III 要求的时候，歼-7 产量极少，歼-8 陷于僵局，歼-6 则是几种型号中经过大量生产、质量比较稳定、大陆航空工业掌握比较透彻的??在此情况下空军几乎没有第二种选择。笔者认为，把改进歼-6III 的决定称作“左”的影响并不妥当。
事实上，歼-6III 真正受“左”的影响的方面，一是改进指标，另一个是质量。
改进指标方面，空军提出歼-6III 要能够对抗高空高速侦察机，平飞最大 M 数要求达到 M1.6，静升限 18,000 米以上，动升限达到 20,000 米。但在技术储备极其有限的情况下要达到如此高的改进指标是不可能的。这些改进指标，可以说有一半是“左”的影响结果；但另一方面，我们必须看到，这些指标就是歼-6I/II 的延续和发展，目标直指美 BQM-147 侦察机。可以说，这些指标是空军在与 BQM-147 数年对抗中总结出来的、对高空截击机的基本要求。也许有人会问，为什么不改进歼-7？虽然也不一定能达到这些指标，但相对难度较小。这话不错，不过一来如前所述，当时歼-7 仿制尚不成熟；二来成都飞机厂正在改进的歼-7I 是针对部队使用意见进行的，而不是针对空军作战要求的高空高速。空军在没有其它选择的情况下只能把这个指标栽到歼-6III 头上。
歼-6III 的质量则是最遭人诟病的地方。1969～1971 年生产的 700 多架歼-6（相当部分是 III 型），有 50％缺少必要的配套器具而无法交付，还有进气道掉铆钉、纵向操纵过灵（这属于设计问题）等问题，以至造成严重事故。1971～1973 年，沈飞生产的 303 架（*）歼-6III 进行了返修工作，并进行了翼尖加挂导弹的试飞工作。1975 年 11 月，国务院、中央军委批准歼-6III（包括贵州生产的在内，总计 412 架（*）全部返修，到 1980 年 5 月才全部返修完毕，耗费大量人力、物力。至 1990 年大约有 350 架（*）服役，从 2000 年起陆续退役。
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