Практически параллельно с Е-2 развивалась линия фронтового истребителя с треугольным крылом: Е-4 (летал с двигателями АМ-5 и с РД-9И после модернизации)

В основу конструкции Е-4 был положен планер самолета Е-2, но с треугольным в плане крылом со стреловидностью по пе­редней кромке в 57°. Первый полет Е-4 вы­полнил 16 июня 1955 года

 Самолет построен для ускорения проведения летного испытания самолета Е-5, имеющего тот же планер.

На самолете проверялась аэродинамика планера Е-5, определялись: минимальная скорость полета и штопорные характеристики, аэродинамические силы, действующие на фонарь, фокус самолета с отклоненными на 5 град. закрылками и др.

 Эти испытания позволили проверить различные методы изменения обтекания крыла - как при помощи трех аэродинамических гребней на верхней поверхности (два выступали за кромку крыла), так и при помощи двух гребней на нижней поверхности с увеличением размаха (заостренные концы крыла). Модифицированный самолет Е-4 был передан в ЛИИ, где выполнил серию полетов на больших углах атаки.

Е-5 - фронтовой истребитель с треугольным крылом и двигателем АМ-11, свободнонесущий моноплан нормальной аэродинамической схемы с треугольным в плане крылом и стреловидным цельноповоротным стабилизатором. Воздухозаборник - сверхзвуковой многорежимный с изменяемым входным сечением (за счет подвижного центрального тела).

Самолет имел на крыле три аэродинамических гребня (два выступали за кромку крыла).

В период с октября 1956 г. по февраль 1957 г. проводились работы по удлинению носовой части фюзеляжа на 400 мм, в связи с установкой на самолет двигателя Р-11-300 с расширенной форкамерой, вызвавший смещение центровки назад на 5%.

Самолет Е-5 успешно прошел летные заводские испытания. Расчетные летно-техничекие характеристики были подтверждены, кроме дальности полета из-за чрезмерных расходов топлива двигателя. Постановлением Совета Министров от 11 июня и приказом МАП от 18 июня 1956 г. самолет Е-5 внедрен в малую серию на заводе №31 под названием МиГ-21(тип 65). Построено 10 экземпляров в 1957 г.

Испытания по­казали, что прототип Е-5 на 700 км/ч бы­стрее прототипа Е-4. 

Е-6 -  построен на базе серийного самолета Е-5 путем установки нового двигателя и улучшения аэродинамики носовой части фюзеляжа. На них ставились усовершенствованные двигатели АМ-11, которые обозначались как Р-11Ф-300, тягой 3880 кгс (на форсаже 5740 кгс). 

Спроектировали новую хвостовую часть с оперением, опущенным к оси фюзеляжа, воздухозаборник с тонкой кромкой и 2-х скачковым управляемым конусом, серийный тормозной парашют, прицел АСП-5Н с визиром СИВ-52, радиокомпас АРК-54И, кислородное оборудование ККО-3, две пушки НР-30, доработали крылья для установки держателей БД3-58-21. 

Были построены три самолета.

Е-6/1 28 мая 1958 года потерпел крушения.

В 1959 г. самолеты Е-6/2 и Е-6/3 проходили совместные государственные летные испытания, которые закончились в декабре. В серию самолет пошел под обозначением МиГ-21Ф (тип 72), построено 79 экземпляров на Горьковском авиазаводе.