歼-6于1964年6月28日首批飞机交付中国空军使用，被正式命名为歼-6(基本型)。从1964年装备空、海军(航空兵)，并当年参战，到1989年结束最后一次战斗飞行，歼-6血火长空征战了25年。其中多半时间是在南部中国--从东南到西南的天空上。最耀眼的时刻集中在1964-1969的5年间。越南战争的爆发，蒋介石反攻大陆的最后努力，给了歼-6迭创辉煌的"机遇"。
出师大捷
在歼一6全部的征战史上，最荣耀的一页是它的开头：列装不到半年，就参加了战斗并首战告捷。
国民党空军于60年代初启用曾有"西方战略眼睛"之称的RF-101超音速侦察机。该机最大时速可达1900公里/小时，每当与歼-5相遇，就打开加力逃之天天，使当年朝鲜战争叱咤风云的"银燕子"颇感力不从心。从1962年-1964年底，RF-101进入大陆沿海侦察139次，无一被击落。但是，歼-6的到来立即终结了RF-101的好运。
1964年12月18日，国民党空军少校飞行员谢翔鹤驾驶RE-101进入浙江上空侦察，海航4师10团副团长王鸿喜驾驶歼一6超音速歼击机迎战，一举将其击落于浙江温岭以东海面，谢翔鹤跳伞被俘。3个月之后，又一项关于歼一6的记录，写在空军的战史上。
为了对付RF-101，从1962年起，空军在沿海修建了数个机场。大约在海军航空兵击落RF-101的同时，空军在福州、漳州、兴宁和连城组织专门打击RF-101的作战分队，构成汕头至福州的拦截面。这是一张面向台湾张开的天罗地网。航空兵第18师认真研究了国民党空军飞机的活动规律，进行了数十次图上作业和实兵演习，并将刚刚列装的歼-6秘密部署在战位极佳的兴宁机场。
1965年3月18日9时44分，对大陆空军备战情况完全小知的国民党空军从台湾桃源机场起飞了2架RF-101，执行例性侦察任务。18师值班指挥员、副师长沈科立即指挥副大队长高长吉驾驶歼一6起飞待战。
10点23分，大陆雷达在汕头东南165公里处发现目标，高度500米。沈科即令高长吉从待战区域出航，高度1.1万米。10点34分，当RF-101从靖海以时速1000公里／小时、高度8500米入陆时，发现被拦截，当即放弃侦察，增速回窜。高长吉打开加力，抓住后面一架RF-101，任距离600米时三炮齐发，将RF-101打得凌空爆炸。中校辅导长张育保跳伞坠海。此战充分体现了中国军队一贯主张的"发挥人的决定性作用"。正是这一"作用"，将飞行员个人技术、战术水平和早期歼-6的作战性能发挥到极致。在击落RF-101的整个过程中，从接敌开始到击落敌机，都是在超音速的条件下进行的，高长吉在3分40秒的过程中连续做了16个高难度的动作，从11000米高空追到2000米，从600米距离打到480米，一次射击即解决战斗。
世界空战史上超音速条件下击落敌机的记录就此诞生。
国民党空军RF-101侦察机，先后被击落3架、击伤2架后，慑于歼-6的威力，从此销声匿迹。
从1965年开始，国民党空军改用美制RF-104。该机最大时速2300公里／小时，实用升限1.8万米。这是歼-6无法望其项背的。为保险起见，国民党空军一般还指派F-104战斗机伴随侦察。歼一6的难题来了：在最大飞行速度小于对方的负速度差条件下，如何作战?这是一个连苏联人也没有遇到过的世界难题。
相当长的时间内，RF-104如入无人之境。从1965年-966年底，连续11次侦察大陆，无一遇险。在一次次失败的截击中，中国空军终于找到了RF-104的死穴。
1967年1月13口13时，一架RF-104在4架F-104战斗机的掩护下，进入漳州上空，高度1.1万米，时速2000公里/小时。空军航空兵第24师立即起飞两批8架歼一6迎战。空8军指挥所引导第一批歼-6以小于对方600公里的时速，大角度接敌。3号机飞行员胡寿根采取斜对头拦阻射击，连发48弹，击落l架F-104。这次战斗不仅让RF-104心有余悸，也让国民党空军方面黔驴技穷。如果说1964年中国的核试验成功因为打破两个超级大国的核垄断，让蒋介石灰心泄气的话，在这一年横窄出世的歼一6则让他向来倚重的空中优势也不复存在。反攻大陆已成为永远的梦想。小规模的空中侦察成为危险而没有意义的行动。不仅如此，打了一辈子仗的老蒋还隐约地意识到，在空中--最后的军事优势失去后，大陆可能重新拾起因为朝鲜战争搁浅了的解放台湾的计划。1968年以后，国民党空军对大陆的昼问侦察全面停止，不久，夜间侦察也偃旗息鼓。这是台湾军事战略自此开始进行重大调整的标志，由反攻大陆改为固守反攻。两岸从此进入冷战时期，双方军队隔海对峙，虽然彼此都严阵以待，但始终再未兵戈相见。
和国民党的侦察机比起来，对歼-6真正构成技术挑战的是美国无人驾驶高空侦察机。
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