正当研制顺利进展之时，高方启于1966年1月29日因病逝世。航空工业部派沈阳飞机设计研究所所长刘鸿志到沈阳飞机厂兼任第一副厂长和总工程师，全面领导歼-8飞机的现场设计和试工作。1966年11月，刘鸿志因“文化大革命”被迫停止工作，厂所联合成立歼-8研制指挥部，工厂副厂长王新负责全面组织领导工作。1967年，在“文化大革命”期间，广大科技人员、工人还是照常上班，歼-8研制工作没有停顿。
歼-8飞机研制工作由沈阳飞机设计研究所和沈阳飞机厂承担。歼-8飞机的研制方案突出高空、高速、增大航程、提高爬升率、加强火力等性能。针对歼-7飞机的缺点，逐项加以改进，各项性能指标均有提高：一是最大速度为马赫数2.2；二是最大升限2万米以上；三是最大爬升率每秒200米；四是基本航程1,500公里，最大航程2,000公里；五是规定了在高度为1.9万米空中的作战时间；六是安装改进设计的航炮和空空导弹；七是安装搜索距离较大的雷达。歼-8飞机采取机头进气，大后掠角、小展弦比、薄三角翼、下平尾、双腹鳍的空气动力布局形式。选用两台涡喷7甲发动机，飞机的推重比为0.89，优于歼-7飞机。
1965年9月，歼-8飞机设计工作全面展开。总设计师黄志千5月在国外因飞机失事不幸遇难后，新机研制的技术工作由叶正大领导，以王南寿为负责人的总设计师办公室具体组织。同年12月，歼-8飞机木质样机通过审查，1966年3月，设计人员到工厂与工人、工艺人员结合进行现场设计。1966年底，发出全套飞机图纸，1967年初，发出相应的生产文件，工厂亦立即开始试制。顾诵芬时任歼-8飞机副总设计师。
在现场设计中，王甫寿等570余名设计人员，陈阿玉、王阿惠等80余名有丰富实践经验的工人以及30余名工艺人员实行“三结合”，讨论设计方案和进行图纸设计。在此期间，工厂的工艺人员和工人提出改进意见2,330多条，被采纳的有1,660多条，其中重大改进有40项，进一步改善了飞机的生产工艺性，如机翼主梁取消垫块的革新方案，就是设计员在工艺员、工人帮助下，利用米格-21主梁作试验后得以实现的。这一改造，改变了米格飞机的传统结构，减轻重量4公斤。
