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在飛機研製過程中，設計人員突破了許多技術關鍵。在飛機氣動佈局方面，當時世界上設計超音速殲擊機面臨的最大問題是保證飛機大馬赫數時的方向安定性。副總設計師顧誦芬主持設計攻關，空軍派出優秀飛行員葛文墉進行配合，測定了 殲7 飛機大馬赫數時的方向安定性及飛行品質，為 殲8 飛機設計提供了借鑑和依據；六？一所、瀋陽飛機廠、氣動力研究試驗部門的技術人員與北京航空學院教授陸士嘉、徐華舫等組成的攻關小組，做了大量風洞試驗與研究分析，最後確定的 殲8 型飛機的垂直尾翼和腹鰭的設計方案，保證了在大馬赫數時具有良好的方向安定性。
超音速飛機的翼面顫振是最危險的氣動彈性現象，也是制約飛機最大速度的一個重要因素。管德主持 殲8 飛機氣動彈性設計工作，建立一整套非定常氣動力及顫振計算程式，做了大量風洞試驗和真飛機地面共振試驗及試飛，全面地確定了飛機的顫振特性。採取上述方案之後，既保證了飛機達到預定的效能，又最大限度地減輕結構重量，從而增大了飛機的推重比。此外，馮鍾越主持的飛機強度計算，方寶瑞主持的飛機結構設計也取得較好的成果。
在發動機改進設計中，空心葉片的技術攻關取得重大突破。為增大發動機的推力，渦輪前的溫度必須提高約 100 攝氏度，但渦輪葉片承受不了這樣高的溫度。一九六四年，六二一所副所長、鑄造專家榮科提出採用空心氣冷葉片。當時這項技術國外剛搞出來，處於高度保密狀態。榮科與瀋陽金屬研究所、六？六所、瀋陽發動機廠通力合作，協力攻關。瀋陽金屬研究所在師昌緒主持下，組織技術攻關，攻克了葉片鑄造的技術難點。首先是型芯的選擇，要在近 100 毫米長的葉片上均勻排出粗細不等的小孔，最小的孔徑只有 0。8 毫米。透過科技人員共同研究試驗，終於做出了可供使用的模具，以後又相繼解決脫芯、超聲測壁厚等工藝技術問題。一九六六年研製出中國第一片鑄造多孔氣冷鎳基高溫合金葉片，經安裝在發動機上試車，取得完全的成功，從而使中國在這方面縮小了同美國的差距，成為世界上第二個在航空發動機上採用鑄造空葉片的國家。
殲8 機的航炮供排彈系統是個設計難點。它要保證航炮在空中實現連續發射。過去前蘇聯專家認為這一系統的設計是他們的專利一直秘而不宣。這次攻關，設計人員和工人一起作試驗，改裝一門能模擬射擊的航炮，打了一萬發假彈。終於摸索出其中的規律，取得了設計的成功。
瀋陽飛機廠從一九六五年下半年開始進行 殲8 飛機試製的準備工作。在第一副廠長兼總工程師高方啟的領導下，由副總工藝師羅時大主持制訂了 殲8 工藝方案。這個總方案是在綜合了前蘇聯和英國的先進經驗的基礎上制訂出來的。方案採用了新的工藝協調方法，即以明膠板的模線為依據，使用光學儀器、型架裝配機、劃線鑽孔臺。區域性置規、區域性模胎相結合的協調方法。後來的實踐表明，全機 11；400 多個零件。1；200 多項標準件，從 100 多個組合件直至前後機身對合，機身機翼對合，以及發動機、油箱在飛機上的安裝，基本上都是一次成功。新方法還大大減少了工藝裝備，加快了 殲8 飛機的試製進度。
正當研製順利進展之時，高方啟於一九六六年一月二十九日名因病逝世。航空工業部派瀋陽飛機設計研究所所長劉鴻志到瀋陽飛機廠兼任第一副廠長和總工程師，全面領導 殲8 飛機的現場設計和試工作。一九六六年十一月，劉鴻志因在“文化大革命”中受到不公正對待而被迫停止工作後，廠所聯成立 殲8 研製指揮部，工廠副廠長王新負責全面組織領導工作。廠所人員互相配合，互相支援，創造了良好的工作氣氛。
一九六七年，在“文化大革命”中的“一月風暴”和武鬥、奪權風的衝擊下，工廠的生產秩序遭到嚴重 破壞，生產線上生產幾乎停頓。廣大科技人員、工人甚至冒著人身危險上班。即使在武鬥最激烈的七、八月份，殲8 研製工作也沒有停頓。一九六八年七月，首批兩架 殲8 飛機完成總裝。
一九六九年七月五日，殲8 飛機進行首次試飛。上午九時半，試飛現場總指揮、空軍副司令曹裡懷命令放飛。飛行員尹玉煥駕駛著 殲8 飛機兩次透過機場上空後安全降落。這時，站在機場上的人們發出了熱烈的歡呼聲。歡呼中國第一家自性設計的高空高速殲擊機首飛成功。從 殲8 飛機方案論證到首飛，其間經歷總體佈局、技術設計、木質樣機審查、發圖、新機制造