1969年8月5日，歼-6III高空高机动型首飞，该机换装3门30机炮，进气道同歼-6II，减速伞舱移至垂尾底部，换装涡喷-6甲发动机提高了推重比，增设两级可调进气调节锥，减小了翼展。到1974年5月，针对歼-6III的不足之处，生产厂家开始研制改进型号。1975年8月1日，歼-6IIIG首飞成功，此型号比歼-6III机身长度增加375毫米，加装翼尖导弹挂架，可以挂装霹雳-2红外制导近距空空导弹，采用零高度低速火箭弹射座椅。