В том же году Е-7/4 подвергся еще одной доработке: на нем установили подфюзеляжный гребень увеличенной площади (1,16 м2). В отчете по испытаниям этой машины, которые провел П.М. Остапенко, отмечалось, что запас путевой устойчивости по сравнению с серийным МиГ-21 ПФ возрос. На Е-7/3, специально подготовленном и максимально облегченном, в 1966-1967 гг. было установлено несколько мировых женских авиационных рекордов. Автором первого из них 16 сентября 1966 г. стала М.И. Соловьева, пролетев 500-км замкнутый маршрут со средней скоростью 2062 км/ч. Через месяц Е.Н. Мартова на замкнутом 2000-км маршруте показала среднюю скорость 900,267 км/ч. 18 февраля 1967 г. она же пролетела 100-км замкнутый маршрут со скоростью 2128,7 км/ч. Для регистрации достижений в ФАИ самолет обозначили Е-76.
Первый серийный МиГ-21 ПФ (№ 76210101) поднял в воздух 28 июня 1961 г. с заводского аэродрома в Горьком летчик-испытатель завода № 21 СИ. Савченков. В июле его уже продемонстрировали на воздушном параде в Тушино. Этот самолет имел необычную парадную окраску: спереди примерно четверть нижней части крыла была окрашена в ярко-красный цвет. Красные полосы сходились на нижней поверхности фюзеляжа, образуя подобие стрелы.
Серийный МиГ-21 ПФ, который в производстве получил шифр ^изделие 76», отличался от опытных Е- 7/3 и Е-7/4 более помехозащищенной станцией ЦД-ЗОТП (РП-21). Антенна этого локатора была стабилизирована по крену, а обзорный индикатор в кабине имел увеличенный размер. Из-за расширения закабинного отсека оборудования емкость 1-го фюзеляжного топливного бака уменьшили на 80 л. Помимо К-13, самолет имел возможность нести (но еще не применять) ракеты типа РС-2-УС (К-5МС) на пусковых устройствах АПУ-7. В общей сложности до января 1962 г. на этом самолете внедрили 61 изменение конструкции. 20 марта П.М. Остапенко поднял его в воздух. Этот истребитель также проходил ГСИ в ГК НИИ ВВС, которые закончились в июле того же 1962 г. Комиссия рекомендовала новую станцию к установке на серийные самолеты, начиная с седьмой серии (с самолета № 76210703). при этом минимальная высота боевого применения МиГ-21 ПФ была снижена с 4 до 2 км.
Первый серийный перехватчик использовали для отработки системы вооружения К-51. С этой целью в середине августа на него установили гондолы с кино- и фотооборудованием для регистрации процесса пуска ракет РС-2-УС. Госиспытания МиГ-21 ПФ с системой К-51 прошли в ГК НИИ ВВС с 20 ноября 1962 г. по 3 сентября следующего и завершились рекомендацией к установке ее на серийные самолеты. Это расширило диапазон боевого применения перехватчика в сложных метеоусловиях днем и ночью, а кроме того, при визуальной видимости цели стал возможен пуск ракет РС-2-УС в режиме «закрепленного луча» РЛС с помощью прицела ПКИ-1. В серии первым МиГ-21 ПФ с системой К-51 стал самолет № 76211615, а с 17-й серии выпуска (с самолета № 76211701) К-51 стала устанавливаться на все «изделия 76».
Принятый на вооружение в начале 1962 г., МиГ-21 ПФ выпускался на заводе № 21 с 1962 по 1968 гг., а на заводе № 30 в Москве – с 1964 по 1968 гг. для поставок на экспорт. В НАТО самолет получил кодовое обозначение Fishbed-D.
Самолеты МиГ-21 ПФ, поставляемые в страны Варшавского договора, обозначались «изделие 76 вариант А». От советских перехватчиков они отличались лишь аппаратурой системы госопознавания. Интересно отметить, что ряд таких самолетов, поставленных ГДР, был доработан с целью улучшения характеристик РП-21 при работе по земле. Чтобы отличать доработанные таким образом самолеты, в ВВС ГДР их стали обозначать МиГ-21 ПФМ (это локальное обозначение никакого отношения к выпускаемым в СССР МиГ-21 ПФМ не имело).
Модификация МиГ-21 ПФ, предназначенная для поставок во Вьетнам, получила обозначение МиГ-21 ПФЛ. Самолет имел тот же состав вооружения и оборудования, что и вариант «А», но на радиокомпасе АРК-10 не было счетчика дальности, кроме того, отсутствовал радиовысотомер и ставилась более совершенная курсовая система КСИ-2.
В ходе серийного производства перехватчика ОКБ-155 продолжало улучшать самолет, в частности, его путевую устойчивость. Одной из машин, на которой проводились исследования, стал МиГ-21 ПФ № 76210725. На нем площадь киля увеличили до 5,2 м;. Испытания, состоявшиеся в 1963 г., завершились рекомендацией к внедрению нового киля в производство на последующих модификациях МиГ-21.
Те МиГ-21 ПФ, которые предназначались для поставки в дружественные страны вне социалистического лагеря, обозначались «вариант Б», «изделие 77» или МиГ-21 ФЛ. Этот перехватчик имел существенные отличия от «варианта А»: киль увеличенной площади, контейнер тормозного парашюта в его основании, старый двигатель Р-11Ф-300, кроме того, он не мог применять ракеты РС-2-УС, поэтому локатор РП-21 был несколько упрощен и получил экспортное обозначение Р1Л. МиГ-21 ФЛ выпускался московским заводом № 30 «Знамя труда' с 1965 по 1968 гг., а с 1966 г. по лицензии стал строиться в Индии на заводе HAL в г. Насике. В процессе лицензионного производства вместо локатора Р1Л установили более совершенный Р2Л – упрощенную версию советской станции РП-21 М.
Интересно, что третий серийный МиГ-21 ПФ № 76210103 был оснащен системой СПС и вслед за первой серийной машиной прибыл из Горького на опытный аэродром ОКБ-155 в Жуковском. Там на самолет установили новый двигатель Р-11Ф2С-300, оборудованный системой отбора воздуха для сдува погранслоя с закрылков. На этой же машине изменили расположение контейнера тормозного парашюта. Доработанный самолет, получивший в ОКБ-155 шифр Е-7СПС, в первом полугодии 1962 г. успешно прошел заводские и Государственные испытания. Применение системы СПС и новой парашютной системы позволило снизить посадочную скорость до 240 км/ч и почти в два раза сократить длину пробега. Для сокращения длины разбега предусмотрели установку двух пороховых ускорителей СПРД-99 с тягой по 2500 кгс, которые ранее были испытаны на самолетах Е-6В. Этот вариант самолета был запущен в серийное производство в Горьком под обозначением МиГ-21 ПФС («С» означает систему СПС) или «изделие 94». Первые 25 серийных истребителей, оснащенных системой СПС, были выпущены в 1963 г.-
Внешне первые МиГ-21 ПФС отличались от МиГ-21 ПФ только наличием контейнера тормозного парашюта в основании киля. Однако таких самолетов было немного, так как уже с первой машины 10-й серии (№ 941001) на МиГ-21 ПФС стали устанавливать киль увеличенной площади. Эти самолеты внешне были очень похожи на МиГ-21 ФЛ (визуально отличались лишь наличием системы СПС, элементы которой можно было разглядеть только вблизи).
В процессе производства конструкция МиГ-21 ПФС постоянно дорабатывалась. С самолета № 940912 начали устанавливать переднее колесо КТ-102 с шинами типоразмера 500х 180А и более эффективными
