Обе машины имели двигатели Р11Ф-300 с регулируемыми створками реактивного сопла и системой кислородной подпитки, две встроенные пушки НР-30, причем патронные гильзы выбрасывались за борт. В состав вооружения также входил инфракрасный визир СИВ-52 и прицел АСП-5Н, совмещенный с радиодальномером СРД-1М. Такое сочетание прицела и дальномера позволяло вести прицельную стрельбу по целям типа бомбардировщик на дальности до 2000 м. В экипировку летчика входили высотно-компенсирующий костюм ВКК-ЗМ с гермошлемом ГШ-4М. Первоначально установленные катапультные кресла со шторкой заменили на «СК» с защитой летчика от набегающего потока фонарем кабины.

Ракета К-13 под крылом самолета МиГ-19С во время испытаний

В декабре 1958 года председатель ГКАТ П. Дементьев сообщал Главкому ВВС К. Вершинину:

«В ходе заводских испытаний МиГ-21 Ф получены максимальный статический потолок 20100 м (при М=1,1), это подтверждает возможность получения расчетного статического потолка 21000-22000 м. Максимальная скорость 2100 км/ч (М=2) на высоте 15000 м. Указанная скорость не является установившейся и в дальнейшем может быть повышена до 2300-2500 км/ч».

Несколько позже Е-6/2 оборудовали пусковыми устройствами ракет К-13 для исследований их старта с законцовок крыла в обеспечение разработки перехватчиков Е-150 и Е-152.

Постановлением Совета министров СССР от 1 апреля 1959 года председателем комиссии по проведению совместных испытаний МиГ-21 Ф назначили заместителя командующего 24-й Воздушной армией И.И. Пстыго. В состав комиссии также входили летчики-испытатели С.В. Петров от ГК НИИ ВВС, Г.А. Седов от ОКБ-156 и Ф.И. Бурцев от ЛИИ. Облетали самолет летчики М.Х. Халиев, В.В. Яцун, С.А. Микоян, В.Г. Иванов, B.C. Котлов.