После преодоления "звукового барьера" конструкторы, научные организации и испытатели продолжали борьбу за увеличение скорости и высоты полета. Скорость уже достигла таких величин, что для дальнейшего ее увеличения требовались принципиально новые решения, в том числе по проблемам устойчивости и управляемости. К тому же, в связи с тем что на сверхзвуковой скорости воздух перед самолетом сильно сжимается и его температура резко повышается, возникла необходимость в теплозащите как самолета в целом, так и кабины летчика, а также многих приборов, установленных в приборных отсеках. Потребовалось, с одной стороны, кондиционирование воздуха в кабине самолета и охлаждение оборудования, а с другой - приспособление последнего для работы при высоких температурах. Множество вопросов встало и перед специалистами по материалам для конструкции самолетов и их агрегатов. Именно поэтому вначале были созданы экспериментальные самолеты. Один из них истребитель-перехватчик И-1, взаимодействовавший со специальной наземной системой, имел в качестве силовой установки мощный двигатель ВК-3 с тягой 8400 кгс. Стреловидность крыла составляла 60°, максимальная скорость полета достигала 1960 км/ч, потолок - 18000 м. Самолет был вооружен двумя пушками калибра 30 мм, а в перегрузочном варианте устанавливались еще четыре блока неуправляемых ракет
Другой экспериментальный самолет И-75Ф, постройка которого была завершена в 1957 г., имел двигатель АЛ-7Ф, несколько иную радиолокационную станцию и систему наведения, максимальную скорость 2300 км/ч и потолок 20 21 км. Масса самолета составляла 11380 кг. На его сооружении имелись только две ракеты типа "воздух - воздух", так как многие специалисты считали, что пушечное вооружение себя изжило, поскольку самолетам придется вести лишь дальний бой с помощью ракет. Однако позднее авиационные специалисты (как в Советском Союзе, так и за рубежом) убедились, что отказ от пушечного оружия, действующего в воздушном бою на малых дальностях и при маневре, был неправильным. Боевой самолет должен располагать различным вооружением в зависимости от своего назначения и данных конкретного вида оружия. Можно лишь заметить, что на современных иностранных истребителях применяются и скорострельные пушки, и ракеты "воздух - воздух" с различными системами наведения: радиолокационными или тепловыми инфракрасными. Последние воспринимают излучение в основном от силовой установки цели, особенно от выхлопной системы двигателя.
Внимание ученых и конструкторов всегда привлекали вопросы аэродинамической компоновки самолетов. Можно отметить, что большую роль в развитии аэродинамических схем со стреловидным крылом в конце сороковых годов сыграли работы ученых ЦАГИ. Несколько позднее начались исследования треугольных крыльев с меньшей относительной толщиной.
В 1955 г. конструкторское бюро А. И. Микояна создало и испытало легкий одноместный фронтовой истребитель с треугольным крылом. Стреловидность крыла составляла 57°. В 1956 г. был построен одноместный истребитель Е-5 также с треугольным крылом. Он имел один реактивный двигатель Р-11, максимальную скорость полета 2000 км/ч и потолок 18000 м. В целях сравнения компоновки самолетов со стреловидным и треугольным крылом был создан самолет Е-2А с таким же двигателем, но с тонким профилем крыла и стреловидностью 37°. Скорость этого самолета достигала 1900 км/ч. Несмотря на малую полетную массу (6250 кг), дальность полета машины приближалась к 2000 км. Самолет имел три пушки калибра 30 мм.
Разработка и испытания самолетов этой серии подтвердили возможность создания боевых машин со скоростью 2000 км/ч и более. Однако возможность превышения скорости хотя бы на короткий промежуток времени обусловила применение смешанной силовой установки, состоящей из турбореактивного и ракетного двигателей. Экспериментальный самолет Е-50 с такой силовой установкой, со стреловидностью крыла 57° и тонким профилем достиг скорости 2460 км/ч и потолка 25600 м. Масса самолета равнялась 8500 кг, время подъема на высоту 20000 м составляло 9,5 мин. Для середины пятидесятых годов это, безусловно, были выдающиеся показатели как для отечественной, гак и для иностранной авиационной техники, позволявшие перейти к созданию боевых самолетов следующего поколения.
Истинный героизм, мастерство, знания и волю проявил при испытаниях Герой Советского Союза Г. К. Мосолов. В одном из полетов летчик получил тяжелую травму, но, поправившись, продолжал свою самоотверженную работу, дав путевку в жизнь многим отечественным самолетам-истребителям.
Исследования, проведенные на экспериментальных машинах, позволили разработать самолет, который, как и его предшественники из ОКБ А. И. Микояна, вошел в боевой строй советской истребительной авиации. В 1958 г. был создан фронтовой истребитель Е-6 с треугольным крылом и турбореактивным двигателем РИФ-300 Применение на самолете треугольного крыла и управляемого стабилизатора позволило решить вопросы устойчивости п управляемости в широком диапазоне скоростей. Ряд новых элементов оригинальной конструкции обеспечили ему высокие летно-технические характеристики и безопасность полета. Были внедрены системы автоматического регулирования управления и автоматического регулирования сверхзвукового воздухозаборника двигателя, система средств спасения с защитой фонарем, обеспечивавшая безопасность при покидании самолета с минимальной высоты практически во всем диапазоне скоростей, а также система управления пограничным слоем закрылков для уменьшения пробега при посадке самолета. Кроме того, на самолете устанавливались пороховые ускорители для уменьшения длины разбега при взлете.
Новый истребитель очень быстро прошел заводские и затем совместные с представителями ВВС испытания, с 1959 г. был внедрен в широкое серийное производство и принят на вооружение. На базе МиГ-21 создается двухместный учебный самолет, оснащенный всеми видами ракетного и бомбардировочного вооружения. Он находился в серийном производстве с 1963 г. и экспортировался во многие страны.
В октябре 1958 г. Г. К. Мосолов установил на самолете Е-66 абсолютный мировой рекорд скорости полета - 2388 км/ч на базе 15 - 20 км. На этом же самолете летчиком-испытателем К. К. Коккинаки в сентябре 1960 г. был установлен абсолютный мировой рекорд скорости полета - 2148,66 км/ч на замкнутой базе 100 км. После некоторых доработок в апреле 1961 г. Г. К Мосолов установил еще один мировой рекорд высоты полета при старте с земли 34714 м (так называемый динамический потолок).
На двухместном учебном самолете несколько мировых рекордов установили женщины-летчицы - Н. Проханова, Л. Зайцева, М. Попович.
На базе Е-66 в 1960 г. был создан самолет - одноместный фронтовой истребитель-перехватчик с еще более высокими летными характеристиками. Этот самолет также имел треугольное крыло, управляемый стабилизатор, радиолокационную станцию, был оборудован системой сдува пограничного слоя и тормозным парашютом, который для удобства пользования и уменьшения скорости при посадке был размещен несколько иначе, чем на прежних самолетах. Максимальная скорость Е-7 составляла 2175 км/ч, потолок - 19 000 м, взлетная масса - 7750 кг. Истребитель был вооружен вначале ракетами и бомбами, а затем и пушками.
Варианты самолета проходили многочисленные летные испытания. Во всех испытаниях Артем Иванович принимал самое активное участие, так как силовая установка, вооружение и оборудование этого самолета постоянно совершенствовались. По установившейся в то время традиции в период доводки самолета для вынесения оперативных и технически обоснованных рекомендаций группа конструкторов во главе с Артемом Ивановичем Микояном, Сергеем Константиновичем Туманским, Александром Александровичем Кобзаревым и другими собиралась на месте испытаний, заслушивая мнения ведущих инженеров и летчиков о ходе летных испытаний и тут же решая возникшие вопросы. Артем Иванович старался из первоисточника узнать о недостатках, выявленных при испытаниях. Мнение военных испытателей он считал решающим, справедливо полагая, что, поскольку самолет-истребитель идет в войска, значит, именно военные могут наиболее объективно оценить боевой комплекс. На месте принимались решения и устанавливались сроки их исполнения независимо от того, касалось ли это конструкции самолета или двигателя, вооружения или приборного оборудования, радиолокационных средств или наземного оборудования. Горячие дискуссии заканчивались согласованными решениями с пользой для вновь создаваемой техники.