歼-6甲：全天候战斗机，即米格-19P，头部机炮取消，可带两枚霹雳-1空空导弹，空速管在右翼尖。进气道上端和隔板中央加装了RP-1测距雷达（搜索距离2千米），1954年7月首飞，1955年开始大量生产。甲型是由沈阳飞机厂和南昌飞机厂于1958年开始，同时仿照米格-19波型研制的。后因质量问题，于1974年移交贵州飞机厂重新研制，并在1975年12月首飞。发动机采用2台涡喷-6发动机，单台推力25.497千牛，加力推力31.871千牛。1958年，我国在引进米格-19歼击机的同时，引进了苏制K-5M型空空导弹。这种导弹可全天候使用，缺点是无线电驾束制导体式较为原始，难以跟踪具有较佳机动能力的飞机，只适合攻击轰炸机等大型飞机。米格-19或歼6歼击机的翼下可挂4枚K-5，导弹采用尾追攻击，通常一次发射2枚，以保证命中。
歼-6I：高空截击型，由沈阳飞机厂于1966年研制成功，提高了升限，三航炮，进气口有铝制整流锥。换装了推力更大的涡喷6甲发动机，增大了机翼和襟翼的面积，减少了不必要的设备和结构重量，取消了翼根航炮，只保留了机头右下方的1门。
歼-6II：昼间高空截击型，具有高空高速拦截能力，实用升限17500米。用于打击美高空无人侦察机。
歼-6II的主要特点是：改进进气系统，自59式之后首次在歼-6上进气道中央加装可调激波锥，改善高速条件下的进气效率并减小阻力；进气口唇口半径减小，增加8个辅助进气门；发动机仍采用加大推力的涡喷-6甲，推力29.42千牛，最大速度1548千米/时；由于歼-6I仅装备1门30毫米航炮，火力不足，因此在机头左下方增加1门23毫米航炮；此外，歼-6II也沿用了歼-6I的方法，拆除不必要的照相枪、信号枪等设备，进一步扩大机翼面积，以求减轻重量。
1969年，沈阳飞机厂开始改进研制歼-6II。当年3月25日，歼-6II首次试飞成功。该机仅生产2架，至1980年退役。就当年的实际情况来看，1968年美国停炸北越，1969年打击美高空无人侦察机的战斗已接近尾声，至1969年底美军即停止了使用无人侦察机侦察我西南边境的行动。因此歼-6II改进的进展虽快，但服役时已几无用武之地。
歼-6Ⅲ：1969年8月5日首飞，高空高机动型，三门30mm航炮，进气道同歼-6Ⅱ,减速伞舱移到垂尾底部。换装涡喷6-甲发动机，使全机推重比提高到0.988。增设两级可调进气调节锥。减小了翼展，延长翼弦，增加翼面积，使翼载减小6千克/平方米。
歼-6IIIG：沈阳飞机厂针对歼-6III出现的问题进行的改进设计型号。1974年5月开始研制，1975年8月1日首飞成功。仅生产2架原型机。后歼-6IIIG的编号赋予按照该型号标准进行改进的歼-6III飞机。
歼-6IIIG的主要特点是：前机身长度比歼-6III增加375毫米；航炮配置不变，但增加翼尖导弹挂架，可以挂装霹雳-2号导弹；采用零高度低速度火箭弹射座椅。
歼-6IV：夜间截击型，针对目标是夜间高空侦察机。由沈阳飞机厂于1970年开始设计，1970年9月首飞，1971～1974年共生产7架。
歼-6IV主要特点是：进气口唇口半径减小，捕获面积增大；机头延长，按照歼-6甲的模式布置分体式雷达；拆除机身航炮，仅保留两门翼根航炮；机翼采用歼-6III的机翼；没有关于发动机的记载，但按常理推测应为涡喷-6甲。
歼侦-6：战术侦察机，用于对浅近纵深、宽大正面目标进行照相侦察，获取战役战术情报。
中国空军侦察航空兵当时多采用现役飞机改装的方式获得侦察平台。在1953年前主要使用拉-11，1954～1955 年更新为米格-15，1956年后增加了伊尔-28P。歼-6服役后，以其高速度成为改装侦察机的首选。
沈阳飞机厂改装出的第一批歼侦-6（中低空昼夜侦察型）于1967年7月制成并装备部队。根据部队要求，沈阳飞机厂继续改装歼侦-6高空昼间侦察型。该型机1971年4月2日由刘建凡操纵完成首飞，后装备部队。
1975年，歼侦-6高/中低空两用侦察型试飞成功并装备部队。1976年1月，沈阳飞机厂按照上级指示开始研制全新的歼侦-6，而不是利用歼-6机体作改装。新的歼侦-6机体结构、系统设备原则上采用两用侦察型方案。1976年12月歼侦-6设计定型。
歼侦-6的主要特点是：保留歼-6的基本设计，但在机腹下增加侦察设备舱（凸出机身外），以安装航空侦察相机；2门翼根航炮保留，但拆除机身左下那门航炮 。歼侦-6自1970年研制至1984年共生产133架 。
歼教-6：歼-6系列的双座教练型。
1966年10月，第三机械工业部批准了歼教-6改型方案。1967年沈阳飞机厂投入试制工作。1970年11月6日歼教-6在王春友操纵下首飞成功。1973年11月，歼教-6设计定型并投入批生产。至1986年停产，总产量615架 。
在歼-6型喷气式飞机上加装第2个座舱并不是一项简单的结构设计工作，其中涉及到复杂的空气动力学和操纵使用方面等技术难关。
歼-6飞机的剩余推力有限，为了增设座舱后飞机阻力不过分增加，仍然能达到超音速的飞行能力，设计者们想出了很多办法。他们在机身上找到合适的延长位置，保证了机身外形的相对流线光洁。此外，飞机相应改装了燃油系统、操纵系统、仪表系统及最新的火箭弹射座椅。
综合了几种不同设计的优点，歼教-6保持了原型飞机的大部分性能，成为我国的第一种超音速教练机，其综合性能远远优于我国以前使用的喷气式教练机。
歼教-6型飞机从1966年7月开始研制到1975年正式交付部队使用，跨越了整个“文化大革命”时期。那时，由于政治运动干扰，设计和生产都无法正常进行。然而，歼教-6型飞机的研制人员艰苦奋斗，在几间极其简陋的小平房内不懈攻关，最终取得了成功。有关部门对这一机型的评价是：设计很成功，性能优于歼教-5型教练机，稳定性和操纵性都符合要求。歼教-6型飞机大量生产，广泛地装备部队，并向多个国家出口 。
歼教-6的主要特点是：采用串列双座布局，前风挡和座舱盖增加80毫米，前座椅头靠降低40毫米，后座椅提高70毫米，以改善后舱视界；风挡同时换成34毫米无机钢化胶合防弹玻璃；前机身自9号框前加长375毫米，以容纳增加的后舱；增加一套后舱设备和机内通话器；机头罩右上方装3型航空照相枪；增设全罗盘、信标机和无线电高度表；发动机仍采用较旧的涡喷-6；取消2门翼根航炮，只保留1门机身航炮；翼下有一对前伸挂梁，可以挂载火箭发射器；后机身单腹鳍改为双腹鳍，补偿前机身加长和座舱升高造成的方向安定性下降；减速伞舱上移至垂尾根部。
歼教-6主要用于歼-6、强-5飞行员的高级飞行训练。在歼-7、歼-8装备部队后，歼教-7服役之前，歼教-6还担负着对这两型飞机的飞行员训练任务——但由于气动特性差别太大，训练效果较差。1974～1975年，空军螺旋事故严重，空军和第三机械工业部（航空工业部）于1976年2月10日至12月4日在11航校进行螺旋性能试飞，使用歼教-5、歼-6、歼教-6飞机。但在随后进行的螺旋普及训练中，歼教-6两次出现发动机断轴现象，即停止使用该机进行螺旋训练，以至该机未能发挥应有的作用。
BW-1：即“变稳1号”。中国第一代变稳机，歼教-6用于科研试飞的重要改型。
1980年代，中国航空工业开始涉足先进的电传飞控系统领域。变稳机作为电传飞控系统的重要检验手段之一，研制势在必行，中国飞行试验研究院在确定变稳机平台时选择歼教-6。在当时来说，歼教-6是唯一可用的双座超音速平台——歼教-7至1985年才试飞成功。但在第一个变稳机方案全部推倒重来后，歼教-6仍被选为变稳机平台，歼教-6虽然老旧，但各种特性均已掌握，这对于检验电传飞控系统是有利的；而歼教-7性能虽好，且机翼特点更接近现代战机，但当时中国还没有掌握三角翼飞机的尾旋特性（直至1990年代末才突破三角翼飞机失速尾旋理论）。
1984年飞行事故后重新研制的变稳机就是BW-1，该机加装了数字式气动变稳系统、模拟式电液伺服人感系统、数字式目标跟踪显示系统、机载数据采集记录和遥测发射系统、试验信号放大器、大气扰流信号发生器和各类传感器、变换器、电气和液压副件等共136项。在外观上，BW-1加装了一个机腹设备舱和背鳍鼓包。1989年4月22日，BW-1首飞成功。至当年9月28日，BW-1完成全部闭环试飞 。
弹射试验机：1970年前后，歼教-6弹射试验机开始研制，至1973年11月定型，主要用于弹射救生系统空中弹射试验。
1976年，开始研究歼教-6高速弹射试验机。1983年，歼教-6高速弹射试验机获国家立项，至1986年首飞成功。1989年首次进行弹射试验。2001年6月21日，歼教-6高速弹射试验机完成高速弹射试验，标志着中国首次按照国军标进行的平飞、俯冲、滚转、俯冲拉起、倒飞、大速度弹射试验全部完成。
在服役过程中，歼教-6高速弹射试验机完成了多种弹射救生系统的鉴定试飞，为中国弹射救生系统的发展作出了贡献。
