30 мая 1960 г. Комиссия по военно-промышленным вопросам при Совете Министров СССР (ВПК) приняла решение о подготовке на заводе № 21 серийного производства перехватчиков, не ожидая завершения ГСИ. При этом речь шла не о МиГ-21 П-13, а его усовершенствованном варианте МиГ-21 ПФ с увеличенным на 380 л запасом топлива. 11 июня вышел Приказ ГКАТ № 224, согласно которому ОКБ-155 должно было отработать размещение дополнительного топлива на четвертом опытном перехватчике Е-7/4. В ряде документов эту машину называли Е-7/103. Емкость ее топливной системы увеличили за счет установки за фонарем накладного 170-л бака и двух дополнительных баков по 105 л в консолях крыла. В связи с увеличением взлетного веса для улучшения путевой устойчивости в очередной раз увеличили площадь киля за счет удлинения его носка. В системе управления элеронами применили новый одноканальный автопилот КАП-2.
Е-7/4 (борт «74» красный) передали на заводские испытания 8 августа, а после их завершения – на ГСИ в ГК НИИ ВВС. В испытаниях участвовал и третий прототип перехватчика, доработанный по типу четвертого. ГСИ самолета завершились 30 июня 1961 г. с положительной оценкой. Бортовой локатор ЦД-30Т обнаруживал цели на удалении до 20 км и мог их сопровождать на расстоянии до 10 км. В процессе испытаний на Е-7/3 выполнили в общей сложности 160 полетов, а на Е-7/4 – 154 полета. Максимально достигнутая скорость на большой высоте составила 2175 км/ч, практический потолок – 19000 м, дальность полета – 1600-1700 км, длина разбега – 850 м, пробега – 900 м.
После завершения ГСИ и Е-7/3, и Е-7/4 испытывались по специальным программам. Так, в 1962 г. на Е-7/4 проходили проверку ко-лесно-лыжное шасси для базирования самолета на грунтовых аэродромах с прочностью грунта до 4 кг/смг. В ходе этих испытаний было обнаружено, что из-за возросшего диаметра воздухозаборника при нижнем расположении штанги основного ПВД последняя засоряется. Для предотвращения этого конструкторы расположили штангу над воздухозаборником по оси симметрии самолета. Аналогичную доработку выполнили и на Е-7/3.
В том же году Е-7/4 подвергся еще одной доработке: на нем установили подфюзеляжный гребень увеличенной площади (1,16 м2). В отчете по испытаниям этой машины, которые провел П.М. Остапенко, отмечалось, что запас путевой устойчивости по сравнению с серийным МиГ-21 ПФ возрос. На Е-7/3, специально подготовленном и максимально облегченном, в 1966-1967 гг. было установлено несколько мировых женских авиационных рекордов. Автором первого из них 16 сентября 1966 г. стала М.И. Соловьева, пролетев 500-км замкнутый маршрут со средней скоростью 2062 км/ч. Через месяц Е.Н. Мартова на замкнутом 2000-км маршруте показала среднюю скорость 900,267 км/ч. 18 февраля 1967 г. она же пролетела 100-км замкнутый маршрут со скоростью 2128,7 км/ч. Для регистрации достижений в ФАИ самолет обозначили Е-76.
