在飞机研制过程中，设计人员突破了许多技术关键。在飞机气动布局方面，当时世界上设计超音速歼击机面临的最大问题是保证飞机大马赫数时的方向安定性。副总设计师顾诵芬主持设计攻关，空军派出优秀飞行员葛文墉进行配合，测定了歼-7飞机大马赫数时的方向安定性及飞行品质，为歼-8飞机设计提供了借鉴和依据；601所、沈阳飞机厂、气动力研究试验部门的技术人员与北京航空学院教授陆士嘉、徐华舫等组成的攻关小组，做了大量风洞试验与研究分析，最后确定的歼-8型飞机的垂直尾翼和腹鳍的设计方案，保证了在大马赫数时具有良好的方向安定性。
超音速飞机的翼面颤振是最危险的气动弹性现象，也是制约飞机最大速度的一个重要因素。管德主持歼-8飞机气动弹性设计工作，建立一整套非定常气动力及颤振计算程序，做了大量风洞试验和真飞机地面共振试验及试飞，全面地确定了飞机的颤振特性。采取上述方案之后，既保证了飞机达到预定的性能，又最大限度地减轻结构重量，从而增大了飞机的推重比。此外，冯钟越主持的飞机强度计算，方宝瑞主持的飞机结构设计也取得较好的成果。
在发动机改进设计中，空心叶片的技术攻关取得重大突破。为增大发动机的推力，涡轮前的温度必须提高约100℃，但涡轮叶片承受不了这样高的温度。1964年，621所副所长、铸造专家荣科提出采用空心气冷叶片。当时这项技术国外刚搞出来，处于高度保密状态。荣科与沈阳金属研究所、606所、沈阳发动机厂通力合作，协力攻关。沈阳金属研究所在师昌绪主持下，组织技术攻关，攻克了叶片铸造的技术难点。首先是型芯的选择，要在近100毫米长的叶片上均匀排出粗细不等的小孔，最小的孔径只有0.8毫米。通过科技人员共同研究试验，终于做出了可供使用的模具，以后又相继解决脱芯、超声测壁厚等工艺技术问题。1966年研制出中国第一片铸造多孔气冷镍基高温合金叶片，经安装在发动机上试车，取得完全的成功，从而使中国在这方面缩小了同美国的差距，成为世界上第二个在航空发动机上采用铸造空叶片的国家。
