Весной 1958 г. опытный самолет Е-6/1 был готов к заводским испытаниям. 20 мая летчик-испытатель В.А. Нефедов совершил на нем первый полет. К сожалению, испытания первого Е-6 длились недолго: 28 мая, в седьмом полете, при посадке он потерпел катастрофу. В воздухе произошел помпаж двигателя. Нефедов не разобрался в ситуации и сообщил, что начался флаттер. Это была вполне естественная ошибка, так как оба явления сопровождаются сильной тряской, а Он еще не встречался ни с тем, ни с другим. Двигатель больше не запустился. Расчет на посадку пилот выполнил хорошо, машину вел, используя остаток давления в гидросистеме. Самолет уже находился в одном метре от земли, когда давление в гидросистеме резко упало. Тут же включилось аварийное электроуправление стабилизатором, однако самолет резко клюнул носом, сломал переднюю стойку шасси, перевернулся, прополз по бетону в перевернутом положении и загорелся.
Пожарная служба быстро погасила огонь. Нефедова вытащили из самолета, «скорая» оказала ему первую помощь. Казалось, полученные травмы не были смертельными, пилота отвезли в обычную больницу, но из-за неквалифицированных действий врачей он через несколько часов скончался (сломанное ребро повредило легкое, что во-время не обнаружили). В ходе расследования катастрофы установили, что при посадке произошел отказ гидросистемы из-за падения давления вследствие выхода из строя двигателя, а резервная электрическая система управления не обеспечила необходимой скорости перекладки стабилизатора.
Второй Е-6 решили строить путем переделки серийного Е-5. Причем, учитывая причины катастрофы, в гидросистему самолета включили аварийный насос, а электрический канал управления упразднили. Е-6/2 (бортовой номер «22» красный) поступил на заводские испытания 26 августа 1958 г Их проводил К.К. Коккинаки. Ведущим инженером по испытаниям был А.С. Изотов. Первый вылет с аэродрома ЛИИ состоялся 15 сентября, и до 5 ноября самолет совершил 15 полетов. Затем, в соответствии с приказом председателя ГКАТ, Е-6/2 перебазировали в г. Красноводск на военный аэродром «Армяк», где летные испытания продолжились. Там к Коккинаки присоединился Седов. Всего в рамках этой программы на Е-6/2 было выполнено 46 полетов. Интересно, что для этого потребовалось заменить 3 двигателя P-11Ф-300 (заводские серийные №№ 510, 514 и 519), причем двигатель № 514 полностью выработал свой ресурс.
В декабре в Красноводск прибыл третий опытный самолет – Е-6/3 (борт «23» красный). Для обеспечения устойчивости воздушного потока в воздухозаборнике на нем были установлены противопомпажные створки. Всего за время заводских испытаний на всех трех опытных самолетах был выполнен 61 полет, в которых удалось определить основные ЛТХ истребителя. Максимальная скорость на высо- и те 15300 м составила 2100 км/ч (М-1,97). Разгон со скорости, соответствующей числу М=1,24, до максимальной занял 160 с, причем конец разгона выполнялся с небольшим набором высоты. Максимальную высоту полета 20700 м при скорости, соответствующей числу М-1,84, на форсаже машина набирала за 8 мин 25 с. Как и в случае с Е-5, единственной серьезной претензией была недостаточная дальность полета. Чтобы приблизить ее к заданной, машину оборудовали подкрыльевыми баками общей емкостью 350 л. По отзыву Коккинаки, пилотирование Е-6 не представляло сложности для летчиков, освоивших МиГ-17 и МиГ- 19. Свое заключение он закончил словами: «На основании выполненных полетов считаю, что МиГ-21Ф вполне доступен летчикам строевых частей».
В 1959 г. Е-6/2 и Е-6/3 прошли совместные Государственные испытания в ГК НИИ ВВС. Их провели фирменные летчики-испытатели А.В. Федотов и К.К. Коккинаки, а от ГК НИИ ВВС – М. Твелев, С. Петров, В. Андреев и др. В заключительном Акте по результатам ГСИ отмечалось, что самолет имеет в целом удовлетворительные характеристики. Как дефект, подлежащий устранению, военные отметили недостаточную путевую устойчивость истребителя, выражающуюся в тенденции к уводу самолета в сторону от намеченной траектории полета. Проблему решили путем горизонтального смещения форсажной камеры и сопла двигателя на 1,5 мм от оси. Первый полет Федотова на самолете после такой доработки прошел отлично. «Шел, как вкопанный», – сказал пилот после посадки. Чтобы окончательно убедиться в правильности принятого решения, сняли «ножи» с киля. Федотов снова проверил самолет в воздухе, и путевая устойчивость испытываемой машины снова не вызвала нареканий. Два вылета выполнили военные летчики и также остались довольны поведением истребителя. Таким образом, основные замечания были устранены, и МиГ-21Ф рекомендовали к серийному производству. Оно началось в 1959 г. на заводах № 21 в Горьком и № 31 в
Тбилиси. До конца года горьковчане построили 10 самолетов, еще 73 – в 1960 г. В Тбилиси всего было выпущено 10 таких машин, названных в производстве «изделие 72».
В 1960 г. МиГ-21Ф прошел испытания на штопор – как нормальный, так и перевернутый. Как и у МиГ- 19, было выявлено многообразие режимов штопора, и летчиками применялись различные способы вывода из него. Испытания проводили летчики-испытатели О.В. Гудков, А.А. Щербаков (от ЛИИ) и B.C. Котлов (от ГК НИИ ВВС), дополнительно пришлось привлечь и С.Н. Анохина.
Вот что писал в своих воспоминаниях Щербаков: 'Летчик фирмы выполнил 2 или 3 полета на штопор и дал положительное заключение. Тогда считалось, что за 3 полета можно определить главное – выводится самолет из штопора или не выводится, а затем в последующих полетах можно исследовать всякие тонкости и влияние различных факторов. Испытания в аэродинамической трубе были проведены, но материалы испытаний еще не были полностью обработаны Ориентируясь на результаты полетов летчика фирмы, ЦАГИ дал предварительное положительное заключение… Самолет к этому времени оборудовать полностью не успели. Не были смонтированы противоштопорные ракеты. Руководство, посоветовавшись, предлагает мне начать полеты без ракет, хотя бы в условиях, в которых были сделаны полеты летчика фирмы. Из заключения следовало, что характеристики штопора хорошие. Если следовать уже принятой метафоре, у самолета будет не штопор-стресс, а так, легкий психоз. Я даю согласие начать полеты без ракет. В полетном задании сказано, как для вывода действовать… Однако летный опыт иногда опережал науку, и опытный летчик мог иметь еще и свою программу действий, но с личной ответственностью за конечный результат.
И вот в очередном полете самолет вошел в плоский штопор, штопор-стресс. На рекомендованные действия рулями самолет не реагировал и из штопора не выходил. Я с тоской посмотрел на кнопки с надписями: 'Вывод из левого штопора». «Вывод из правого штопора». Кнопки были, а ракет не было. А самолет идет к земле со скоростью 100 метров в секунду… Крайний дефицит высоты и времени. Еще одна непредусмотренная заданием импровизированная попытка, и вращение прекратилось… После анализа записей приборов возникло предположение, что я из-за малого опыта действовал рулями не самым лучшим образом. Следующий полет поручили сделать многоопытному Анохину, но уже с ракетами. И в первом же его полете опять плоский штопор. Опять вывод рулями не удался Самолет был выведен ракетами. Анохин очень лестно оценил мои действия. Из этого случая стало ясно, что главный результат иногда выявляется не в начале испытаний, а «под занавес» Можно сказать, что поторопился с заключением летчик фирмы, поторопились специалисты ЦАГИ, поторопился с решением и я. А еще стало ясно, что начинать испытания без ракет нехорошо». Итогом этой сложной работы стал комплекс летных ограничений и рекомендаций строевым летчикам, позволяющий избежать попадания в этот опасный режим полета.
С 25 июня 1960 г. по 20 апреля 1961 г. в ГК НИИ ВВС на двухсерийных МиГ-21 Ф № 72210206 и № 72210207 отрабатывалось применение бомбового и неуправляемого ракетного вооружения. Ведущим летчиком-испытателем был М.Х. Халиев, ведущими инженерами по испытаниям – В.К. Ефимов и Н.В. Горохов. Всего было выполнено 114 полетов с общим налетом 50 часов. В итоге авиационная система вооружения АС-24 с ракетой С-24 калибром 240 мм дополнила арсенал МиГ-21 Ф. до того включавший, помимо пушек, лишь 57-мм НАР и бомбы массой 50, 100. 250 или 500 кг.
С осени 1959 г. несколько серийных МиГ-21 Ф подключили к испытаниям системы ракетного вооружения «воздух-воздух» К-13. В частности, одна машина с красным бортовым номером «31» после оснащения пусковыми устройствами АПУ-13Д и внесения изменений в состав оборудования стала называться Е-6Т/1, после аналогичных доработок другой самолет с красным бортовым номером «32»
