為了能夠增加殲-7飛機在國內的採購，同時也為了能更好地拓展出口軍機市場，成都飛機工業公司決定自籌資金進行殲-7新型飛機的研製。由於該項目沒有國家的投資，研製和生產都將會面臨巨大的風險。1996年8月，成都飛機工業公司和西北工業大學、黎陽發動機公司、中國航空附件設計研究所、濟南特種結構設計研究所、成都航空儀表公司、陝西凌雲電器總公司、西安北方光電有限公司、陝西千山電子儀器廠共九個單位採取自籌資金、自願聯合、自擔風險的方式簽訂了項目風險投資協議，共同進行殲-7新型預研驗證飛機的研製以開發市場，這也是國內軍工企業自主合作研製的第一個軍品項目。
預研驗證機主要用於對殲-7F型飛機相關的前機身更改、下頜進氣道、大推力渦噴發動機以及雷達電子系統等關鍵技術進行驗證，以保證飛機的研製能夠順利進行。為了節省研製費用，預研驗證機並沒有全新製造，而是在成飛公司自用的139號殲-7II型飛機機體上進行改造而成的，被稱為殲-7FS型飛機，編號里的「S」代表「試驗」的意思。
為了儘可能減少改裝量，沒有對139號飛機的機身結構進行大幅度改動，而是只改造了前機身第1框至11框之間的一段。下頜式進氣道的截面為橢圓形，中間有一塊隔板將進氣口分隔分為兩個進氣管道，分別向後延伸與座艙後原機的進氣道段相銜接。進氣口略微有一點前掠，整個機頭的截面積只有少量增加。機頭的雷達罩較短粗，空速管安裝在雷達罩的頭部。機載雷達首先選用了以色列的LE/M2032小型多功能脈衝都卜勒火控雷達，能同時跟蹤八個空中目標，擴大了飛機的空空攻擊範圍，可探測60公里以外的目標。
為克服由改裝而帶來的飛行阻力，換裝了一台推力在7,000公斤以上的渦噴-13FII型發動機。此外還加裝改裝了雷達冷卻系統、交流電系統、視頻記錄系統、飛行參數記錄系統、外掛物管理系統和GPS導航系統。作為驗證機，殲-7FS拆除了機身兩側的兩門機炮，以騰出其他設備的空間和減輕自身重量。
1996年8月，殲-7FS型飛機的研製全面展開，總設計師由陸英育擔任。到1997年6月完成全部圖紙一共只用了10個月，隨後也順利地完成了工藝準備和工藝裝備製造、零件生產、飛機改裝以及各項地面試驗。新設計的前機身最大限度地採用了CAD/CAM技術，飛機的外形數學模型、三維機械加工、平面鈑金框數據等首次通過計算機網絡直接由設計部門傳輸到製造部門，從而提高了勞動效率和產品質量。一直被軍迷津津樂道的是殲-7FS放棄原機頭進氣方式，改變為下頜式進氣，這種進氣方式與美國的A-7「海盜」攻擊機類似。
殲-7FS的研製全面採用了並行工程，整個改裝共新制零組件2,100項、新研製及改進成品設備27項，並進行了34項地面試驗，只用了一年的時間就完成了全部改裝任務。1998年6月8日，在試飛員錢學林的駕駛下殲-7FS飛機首飛成功。由於殲-7FS僅僅是技術驗證機，因此只生產了兩架的前機身部件，一架改裝在139號飛機上進行試飛，另一個前機身部件則用於進行靜力試驗。
2001年2月，殲-7FS試驗機完成初步試飛，之後飛機又換裝了雙三角翼和整體圓弧風擋，垂尾加高了0.25米，頂端的後掠角略有減小，改進後的殲-7FS塗裝也由紅白條紋改為了黃綠色迷彩圖案。殲-7FS後來還承擔了與巴基斯坦合作研製的FC-1戰鬥機的雷達和火控系統的試飛，同時這些雷達火控設備都能夠安裝在殲-7F方案上，可以作為選型的參考。2003年初，殲-7FS型飛機完成全部試飛科目，實現了原定的前機身更改、下頜進氣道、渦噴-13FII型發動機、雷達電子系統等的技術驗證任務。儘管當初設想的殲-7F沒有能研製下去，但殲-7FS試驗機後來被用來作為成飛公司對新雷達和航空電子技術系統的初選飛行試驗平台，繼續發揮自己的作用。殲-7FS真正意義不在於生產新機，而在於改裝——它探索了一條代價很小、但卻能賦予整個殲-7機群乃至米格-21超視距作戰能力的道路，同時不必付出性能下降的代價。