Na bazie doświadczeń z wojny wietnamskiej postanowiono opracować nową wersję samolotu MiG-21, która miała pozwalać na prowadzenie walki powietrznej na niewielkich dystansach i na małej wysokości. Opracowano samolot, noszący w biurze projektowym oznaczenie Je-7 bis, wyposażony w silnik R-25-300, który dwukrotnie zwiększył prędkość wznoszenia i znacznie poprawił przyspieszenie na niskich wysokościach. Do uzbrojenia wprowadzono pociski R-13M i R-60M a radar został wymieniony na RP-22SM. Samolot otrzymał odbiornik radioliniowy ARL-SM, pilota automatycznego AP-155SN i przyśpieszacze startowe SPRD-99U2. Tak dopracowana konstrukcja została wprowadzona do produkcji pod oznaczeniem MiG-21bis i stanowi czwartą generację tego samolotu.
W 1975 r. do produkcji wprowadzono odmianę myśliwsko-bombową samolotu MiG-21bis, która otrzymała system automatycznego sterowania i radiotechniczny system bliskiej nawigacji. To dodatkowe wyposażenie poprawiło nawigację i umożliwiło automatyczne podejście do lądowania w trudnych warunkach atmosferycznych. Poza produkcją seryjną pracowano również nad dalszym rozwojem konstrukcji. W OKB Mikojana przygotowywano nową wersję samolotu, która miała mieć zdecydowanie poprawione charakterystyki manewrowe.