Pod koniec lat 60. XX wieku rozpoczęto prace nad trzecią generacją samolotu MiG-21. Pojawiła się nowa generacja stacji radiolokacyjnej Saphir, jednakże jej większe wymiary wymusiły na konstruktorach ograniczenie pojemności zbiorników paliwa. Aby utrzymać dotychczasowy zasięg samolotu zdecydowano się na powiększenie zbiornika znajdującego się w owiewce za kabiną pilota. W niewielkiej ilości zbudowano wersję oznaczoną jako MiG-21S. Kolejne modyfikacje doprowadziły do powstania MiG-21SM z działkiem GSz-23Ł, czterema węzłami podwieszania uzbrojenia oraz nowym pilotem automatycznym AP-155. W ramach trzeciej generacji opracowano samoloty MiG-21SM, MiG-21M i MiG-21MF. Powstały również warianty rozpoznawcze MiG-21R i MiG-21RF zdolne przenosić dodatkowe pojemniki z wyposażeniem fotograficznym lub radiolokacyjnym.