Предусматривалось переоборудование двух МиГ-21 в вариант «Ф» и предъявление их на государственные испытания в IV квартале 1959 г. Одновременно с этим заводу № 31 предписывалось прекратить производство МиГ-21 с двигателем Р11-300 и обеспечить выпуск 12 МиГ-21 Ф. Постановлением также предусматривалась замена обеих пушек НР-30 на ТКБ-515 калибра 30 мм и отработка на двух МиГ-21 Ф системы реактивного вооружения с установкой РЛС ЦД-30 и двух ракет (видимо, РС-2-У, поскольку других не было) класса «воздух-воздух».

На первой машине Е-6/1, прототипе МиГ-21 Ф, сохранилась аэродинамическая компоновка крыла Е-5 с тремя перегородками. Но уже на втором прототипе Е-6/2 от двух из них отказались и изменили форму концевой перегородки, несколько улучшив аэродинамические характеристики крыла. Это упростило технологический процесс изготовления консолей. Под крылом предусмотрели узлы для подвески блоков реактивных снарядов. В таком виде крыло применялось на всех модификациях, начиная с МиГ-21 Ф и кончая МиГ-21 бис. Одновременно заменили хвостовую часть фюзеляжа, опустив горизонтальное цельнопово- ротное оперение и уменьшив его площадь с 4,82 до 3,94 м2 , окончательно отказались от установки третьей задней пушки 235П, установили новую обечайку ВЗУ с острой передней кромкой и управляемым двухскачковым центральным телом (конусом). Первое его положение рассчитывалось на полет со скоростью, соответствующей числу М=1,4, а второе – на М=1,9. Установили серийный тормозной парашют, оптический прицел АСП-5Н с инфракрасным визиром СИВ-52, радиокомпас АРК-54И, маркерный радиоприемник МРП-56И и комплект кислородного оборудования ККО-3.