经过几年修修补补直到1963年才实现批量生产，之后以歼-6的名称投入大规模生产，年产高达400架，生产周期超过20年，沈阳生产的歼-6有歼-6甲1乙全天候拦截型，歼-61/II高空拦截型，歼-61/III高机动型，歼-6C侦察型，歼教-6教练型，总产量超过4000架，直到1983年才结束生产并先后拆除生产线。歼-6是中国空军60年代到80年代的主力装备，但飞行性能差，设备简单，只能在昼间用落后的航炮打近战，只具备有限战斗力，中国空军对歼-6的性能从来就没有满意过，但这是当时中国航空工业能力的极限，为了改善飞行性能，中国航空工业通过削弱火力、减少设备尽可能减轻重量将歼-61/II高空拦截型提高几百米升限，但产生的设计问题严重影响了其他性能。
歼-6本来就短腿，改进航程还要降低使用落后驾束制导PL-1导弹和零战绩的PL-2导弹的歼-6几乎无法正面对抗，尽管歼-6在国土防空战中击落23架美国飞机，但大部分是高速突袭击落的，在东南沿海大部分拦截RF-10l侦察机任务都以失败告终，并在与美国战斗机的较量中发现美国战斗机的性能优越。70年代，美国三代机F-14试飞成功，中国歼击机技术还停留在50年代中期，在役的全天候歼击机主要是歼-5甲和歼-6甲型，几乎没有能够与第三代歼击机抗衡的型号。
第一种列装的“霹雳”-2空空导弹直到1977年底才挂载在600架歼6歼击机上，歼6歼击机内外挂武器仅有1454千米，挂载近程空空导弹后更慢了，而第三代战斗机最高速度达2400千米，而且第三代战斗机的雷达可发现40千米外的目标，中程空空导弹可打击30千米以外的目标，歼6歼击机配备的雷达测距器作用距离只有2000米，改装了雷达测距器也仅有6千米，中国空军在60年代已经清楚歼-6存在的缺陷，远不能满足实际的需要，也开始新飞机研发项目，为了降低风险，在歼-7基础上简单加大机身和机翼加多一台发动机，将推比从0.7提高到0.9以上，爬升率增加到220米/秒，为了保持重心只能加长前机身，机体太长刚度就不够，为了能在2.2倍音速飞行又加大垂尾和后掠角，造成舵面速度越高刚度越差的问题。机体加长更麻烦的是滚转和侧滑交织在一-起，速度越高操纵性就越差。