早在 1953 年，米高扬就指令另一个小组研究最高飞行速度达 2,000 公里/小时的战斗机，这实际上就是后来的“双二”（两倍音速、两万米升限）战斗机的前身。出于朝鲜战争米格-15 的经验，米高扬认为一架轻小、高速的战斗机将具有优良的点防空能力。已经在研制中的双发米格-19 尽管具有种种优点，但米高扬已经嫌太大太重。50 年代时，苏联的可以达到两倍音速的风洞严重不足，很多问题只有研制研究机实际飞行才能测试。于是，米高扬开始了新的研究机系列，以 Ye 命名（或者按俄文字母的拉丁对应为 E 系列，其实发音更接近 Ye）。Ye 指 Yedinitsa，意为“仅有的”。Ye-2 就是用来向 2,000 公里/小时的速度冲刺的。

米格-21 的前身之一 Ye-2，采用后掠翼布局

干净的气动外形已经预示了将来的米格-21

作为两条腿走路的另一半，Ye-4 采用有尾三角翼布局，注意三角翼是带尖的，而不是后来米格-21 的稍微截梢的

试飞中发现严重的展向流动问题后，机翼上加了四副翼刀，最外面的那一条翼刀已经很小了，不注意的话不容易看到

　　图曼斯基正在研制的 R-11 发动机的尺寸和重量与 AM-5 差不多，但推力增加几乎一倍，达到 5,098 公斤，自然成为米高扬的首选。问题是 R-11 还没有实机可供使用，于是用推力较小的 AM-9 涡喷发动机。TsAGI 推荐了两种机翼：大后掠翼和三角翼，但 TsAGI 的气动专家彼得.克拉西尔什奇科夫强力推荐三角翼。后掠翼是平直翼的自然进化，米格对后掠翼的使用也有很多经验，但后掠翼不是没有问题的。为了减少超音速阻力，后掠角应使机翼处在机头激波锥的背面，激波锥背面的气流是亚音速的，有利于机翼正常工作，产生升力。1.3 马赫时，激波锥的角度为 45 度，2 马赫时就达到 60 度，这也是为什么第一代双二战斗机的机翼后掠角大多在 60 度左右的原因。在美国 F-86“佩刀”式服役之初，惊恐的飞行员常常发现，飞机迅速减速准备降落时，飞机会自说自话地抬头，接着就是飞机失速坠地，美国飞行员戏称这为“佩刀舞”。这是由后掠翼的展向气流造成的翼尖失速引起的。失速指流经机翼的气流速度过低，造成失去升力的情况。飞机在减速准备降落时，展向气流在靠近翼尖的地方加剧，将迎面气流导向侧面，而不是产生升力的前后方向，在机翼大部分地方还没有达到失速速度之前，翼尖可能已经失速而不能产生升力了。这样，升力主要由机翼内段产生。采用平直翼时，这没有太大的问题，但采用大后掠角的后掠翼时，机翼内段产生主要升力就使气动升力中心向前移动，产生抬头力矩，这样机翼迎角增大，加剧翼尖失速，飞机进一步上仰，最后机翼也进入失速，整个飞机都失去升力，只有坠地了。F-100“超佩刀”为了减少超音速阻力而加大后掠角，所以这个问题在超音速的 F-100“超佩刀”上尤其严重。相比之下，三角翼在这时的气动升力中心的前移较小，问题就比较好解决。三角翼是一个新生事物，首先在二战中的德国得到研究，并作了相当数量的飞行试验，得到大量的数据，其中有很多被苏联缴获，对 TsAGI 的研究有相当的影响。三角翼后掠角大，超音速特性好，但翼根长，避免了大后掠翼翼根应力集中的问题，在翼面积更大的情况下，实际结构重量反而比大后掠翼轻，因为减少了对翼根特别加强带来的重量。较大的翼面积降低了翼载，有利于提高机动性，宽大的机翼内部容积也有利于用来装载燃油。但是大后掠翼的优点也是显而易见的，从米格-15 到米格-19，米格设计局已经积累了大量的经验，对大后掠翼知根知底，技术上风险较小。

　　在举棋不定之下，米高扬又一次采用“通吃”的方法，同时上大后掠翼和三角翼。Ye-2 采用大后掠翼，采用同样机身和发动机的 Ye-4 则采用三角翼。1955 年 2 月 14 日，Ye-2 在试飞员莫索洛夫的手里首飞成功，4 个月后的 6 月 16 日，Ye-4 在试飞员塞多夫手里首飞成功。Ye-2 和 Ye-4 的试飞为米格设计局积累了大量珍贵的数据，尤其是 Ye-4 的三角翼气动数据，使米格设计局在今后的很多年里领先于苏联的同行。

　　米高扬从一开始就知道 Ye-2 和 Ye-4 的动力不足的问题，试飞将无法达到要求的 2,000 公里/小时的速度，风洞试验表明，极限速度也将低于 2000 公里/小时的要求好几百公里/小时。为了节约时间，米高扬在图曼斯基继续完善 R-11 发动机的同时，用火箭动力改装 Ye-2，继续高空高速气动研究。改装液体火箭动力的 Ye-2 称为 Ye-50，在试飞员穆辛手里与 55 年中首次试飞。一号机在一次试飞中，发动机故障，穆辛虽然迫降成功，但飞机严重损坏，穆辛自己也受了重伤。不久，二号机由试飞员瓦辛首飞成功，在 57 年 6 月 17 日，在 25,600 米的高空，飞出了 2,460 公里/小时（2.33 马赫）的苏联速度记录。Ye-50 从三号机开始采用了面积律，减小了跨音速阻力。

具有火箭助力的 Ye-50，这是发动机推力不足时，用于研究两倍音速飞行问题的临时举措

Ye-50 的机体直接从 Ye-2 借用，所以具有 Ye-2 的后掠翼

Ye-50 的火箭助力在工作，没有火箭的帮忙，米格设计局要坐等 R-11 发动机过关了才能研究很多两倍音速下的气动问题，这种因陋就简、不等不靠的做法是值得借鉴的

　　与此同时，图曼斯基在 56 年中交付 R-11 发动机，米高扬终于可以试验“真家伙”了。R-11 是一台先进的双转子涡喷发动机，推力大，油耗低，对粗暴操作的容忍性好，而且易于改装和适应不同的需要。装上 R-11 的 Ye-2 称为 Ye-2A，装上 R-11 的 Ye-4 则称为 Ye-5。两者对比试飞的结果表明，在速度和升限上，两者相差不多，但 Ye-5 的重量轻，机动性好。56 年底之前，米高扬已经下决定，以 Ye-5 为基础，发展下一代米格战斗机，这就是世界历史上连续生产时间最长的米格-21 的开始。

　　Ye-5 已经具备米格-21 的基本特征了：单座单发，机头进气，有平尾的三角翼。不过 Ye-5的三角翼的翼尖是尖的，是一个完整的三角，而不像后来的米格-21 的三角翼有一个截梢。Ye-5 走到这个如今为人们所熟悉的气动布局不是偶然的。除了大后掠翼外，米格设计局也对西方正在设计的新战斗机和 TsAGI 的新概念作了大量的研究，比如像幻影 III 那样的无尾三角翼，F-104 那样的梯形短翼等。将这些不同的机翼装上 Ye-2 的机体在 TsAGI 吹风洞的结果表明，这些布局都有各自独特的优点，但也有苏联空军不能容忍的缺点。比如无尾三角翼，最大限度地突出了三角翼的优点，但平尾和襟翼合一的设计使起飞、着陆距离延长，起飞、着陆速度很快，不利于野战机场粗糙跑道的起落；梯形翼重量轻、阻力小，但翼载高，机动性不好，起飞、着陆的问题比无尾三角翼还大。Ye-5 的有尾三角翼较好地平衡了三角翼的优点和有尾布局起落特性较好的优点，以后成为美苏战斗机的主流布局，包括 F-15 和 F-16 都可以看成有尾的截梢三角翼布局。

Ye-5 是换装 R-11 发动机的 Ye-4，并在气动细节上精细修改过，已经很接近米格-21 了。注意其平尾和机身的连接部的整流罩，好像和辅助进气口整合为一体，米格-21 上没有这个细节

　　不过苏联人就是苏联人，在米格已经决定按 Ye-5 的方向发展的时候，还是在 56 年土希诺航展展示了 Ye-2。西方武官和航空界如获至宝，以为这就是下一代米格战斗机，没料想米高扬已经暗度陈仓，将 Ye-5 改进成 Ye-6。Ye-6 采用改进的 R-11F-300 发动机，推力达到 5,496 公斤，机翼为截梢三角翼，在所有飞行系统上与其说是研究机，不如说是生产型战斗机的原型机。但是这离米格-21 还是有一步之遥。1958 年 5 月 28 日，试飞员奈菲奥多夫将 Ye-6 飞上 12,500 米正在向 2.5 马赫冲刺的时候，发动机突然熄火，所有液压控制系统全部失灵。奈菲奥多夫拒绝要他跳伞的命令，极力试图在空中把发动机重新启动，但最终也没有启动起来，在最后迫降过程中，机毁人亡。

Ye-6 已经接近生产标准的米格-21 了，事实上，投产后的 Ye-6 就是最初的米格-21F

由于发动机空中停车，飞机失控，试飞员奈菲奥多夫奋力救飞机不果，最终在离跑道不远的地方坠毁，这是事故现场。奈菲奥多夫在被拖出烈火熊熊的座舱时还活着，但几小时后在医院不治牺牲

　　奈菲奥多夫在空中试图重新启动发动机时所不知道的是，由于设计时没有充分考虑到超音速时进气道内激波的因素，进气温度和压力的急剧增加，进气道的结构已经坍塌，堵塞了进气道，再次点火实际上已经不可能了。这还不是问题的全部。围绕发动机的鞍形油箱的隔热不好，燃油发生汽化，造成燃油供油故障，这导致了最初的发动机停车。液压控制系统失灵后，备用的电动控制系统的响应和液压控制系统很不相同，难以在生死之间的几十秒钟里适应过来，这也是事故的原因之一。这些问题都是为了节约重量造成的，但在没有经验和缺乏理论指导的时候，试飞员的鲜血就是最高昂的学费。吸取了血的教训之后，米格设计局立刻将原本为 1.4 马赫飞行优化的固定进气锥改为三级可调的进气锥，进气道结构加强，油箱隔热改善。在贝利亚科夫的坚持下，备用操纵系统由电动改为液压，操纵特性和主操纵系统完全相同。米格设计局兵分三路，科克纳奇负责试飞新型进气道，塞多夫负责试飞发动机空中点火，莫索洛夫负责试飞新的飞控系统。经过鲜血的洗礼，Ye-6 这才成为米格-21，在 58 年底交付空军。

1961 年土希诺航展上成队形飞越的米格-21，使西方观察家们第一次领略了这个在未来几十年里的世界天空中常见的身影