МиГ-21бис существенно превосходил предшественника также по наиболее важному показателю для боевой машины, располагая большими возможностями по весу и арсеналу боевой нагрузки. У МиГ-21ПФ боевые возможности ограничивались подвеской всего двух бомб или блоков реактивных снарядов УБ-16-57. "Бис" оснащался встроенной пушкой ГШ-23Л и мог нести вооружение на четырех подкрыльевых держателях, благодаря высокой тяговооружености и усиленной конструкции имея возможность подвески полутора тонн бомб: двух "пятисоток" на внутренних узлах и двух по 250 кг на внешних. Набор вооружения дополняли новые типы средств поражения, включая многозамковые бомбодержатели, позволявшие разместить на подвеске до десяти бомб стокилограммового калибра, 32-зарядные блоки УБ-32 и другое современное оружие. Применение средств поражения обеспечивал новый автоматический прицел, позволявший вести огонь в том числе и с маневра при перегрузках (на МиГ-21ПФ обходились порядком послужившим коллиматорным прицельным устройством АСП-ПФ-21 "дедушкиного" образца). В итоге складывалась любопытная ситуация несколько неожиданного характера: относившийся к "чистым" истребителям МиГ-21бис выглядел куда более совершенным и мощным средством поражения наземных целей, нежели представлявший ударную истребительно-бомбардировочную авиацию МиГ-21ПФ. При этом атаки наземных целей, бомбометание и стрельба не были истребителям в диковинку: действовавший курс боевой подготовки истребительной авиации, отрабатывавшийся летчиками, включал соответствующие упражнения, и после необходимой тренировки они не уступали коллегам.

Были у "биса" и свои недостатки: особенностью потяжелевшей машины являлась повышенная удельная нагрузка на крыло: при нормальном взлетном весе этот параметр достигал 380 кг/м² против 330 кг/м² у предшественника. Радиус виража МиГ-21бис у земли превышал один километр, что было в полтора раза больше, чем у Су-17 и МиГ-23. Это стало существенным неудобством при работе по наземным целям. Развороты с большим размахом затрудняли построение боевых маневров, а при повторных заходах грозили потерей цели, которую летчик при отходе на таких расстояниях терял из виду. 15% разница в удельной нагрузке проявлялась также ощущавшимися особенностями поведения на небольших скоростях и строгостью в управлении, требовавшем скоординированности, особенно при боевом маневрировании. Эти особенности самым непосредственным образом сказались при боевом применении самолета. Наличие автопилота, следившего за поведением самолета по крену и тангажу, выдерживавшего заданный курс высоту и демпфировавшего колебания самолета, не исключало необходимости внимания летчика за поведением машины. Выгодной являлась возможность использования режима приведения к горизонту, когда при потере пространственной ориентировки (к примеру, в облаках или ночью) включение автопилота позволяло вывести самолет в нормальное положение и в автомате" удерживать его. Автопилот также позволял задействовать режим увода с опасной высоты, особенно применимый в маловысотных полетах или при потере видимости земли.

МиГ-21бис ГШ-23Л (200-250 патронов) АБ-500 (250) ПТБ АБ-100 ПТБ С-24 ПТБ С-24 ПТБ УБ-32(16) ПТБ С-24 РБК-250 Р-60 Р-13М
Типовые варианты вооружения МиГ-21бис