更快，更高，这是上世纪50年代战斗机设计的最高境界。第二次世界大战一结束，苏联的航空人就开始向突破声障冲刺。缴获的德国技术资料表明，德国从20世纪30年代就开始研究突破声障的问题，西方正在紧锣密鼓地将突破声障变为现实，苏联当然不能落后。米格-15LL和米格-17的经验表明，突破声障就在眼前，但这不是吹弹得破的纸糊的天棚，而是一道看不见但推不动的玻璃天花板。当留里卡设计成功加力推力为48.96千牛的AL-5涡喷发动机的时候，机会似乎来了。米格用AL-5装进米格-17的基本结构，设计了I-350试验机。I-350的机身更加细长，机翼后掠达到55度，翼型也更加纤薄，更加有利于达到超声速。为了控制加大后掠角带来的更加严重的展向气流流动问题，每侧机翼上有多达4个翼刀。
I-350加大机翼的后掠角不是随意所致。超声速飞行时，飞机各个部分可以产生各自的激波，极大地增加了跨越声障的阻力。速度越大，激波锥越尖锐。马赫数为1.3时，激波锥的角度为45度，马赫数为2时就达到60度。但激波的锋面背后的气流降低到亚声速，这就是可乘之机。机头在最前面，机头引起的激波锥是不可避免的。如果把机翼高度后掠，藏匿在机头引起的强大激波锥的锋面之后，机翼本身引起的激波阻力就可以大大减小。更有甚者，机翼可以采用亚声速翼型，可以兼顾超声速和亚声速飞行的需要。所以超声速飞机要么采用大后掠角的机翼，要么采用较短翼展的近似平直或者梯形的机翼，目的就是要使机翼躲在机头引起的激波锥之后。后掠的角度或者翼展就要由设计速度下激波锥的角度来决定，过大的后掠或过小的翼展对降低激波阻力没有太大的用处，但会极大地影响亚声速飞行性能。
I-350装备了机载雷达，本可以成为米格-15的终极版本，但在试飞中，AL-5有严重的空中熄火问题。1951年6月16日第一次试飞中，一起飞发动机就熄火，所有液压系统全部失灵。还好试飞员塞多夫胆大心细，镇静地手动放下起落架后，安全着陆。这时米高扬依然在按医嘱休养，没有过问试飞的事情。设计局里汇报时，也只是简单地提了一句“塞多夫安全着陆，一切都好”。直到和塞多夫私下聊天时，米高扬才得知问题的严重性。
鉴于严重的发动机可靠性问题，I-350计划在1951年8月被中止了。米格设计局退回到后备计划，用两台米库林AM-5涡喷发动机作动力。这是苏联航空发动机三步走计划中的第三步，是全部苏联自己研制的。推力为19.6千牛的AM-5推力不及克里莫夫VK-1，但发动机直径小，油耗低。双发具有天然的安全余度和加速性的优势，小发动机的转动惯量小，油门响应和加速快。在此之前，米格已经将两台AM-5装进I-340，这就是重新设计后机身的米格-17。由于加宽的后机身大大增加了阻力，I-340并不成功，没有投产。但全新设计的双发战斗机加上I-350的大后掠翼可以解决单发的I-350不能解决的问题。在验证了双发AM-5的设计后，米格将I-340和I-350的设计结合起来，设计了I-360。
1952年5月27日，I-360成功地首飞，由塞多夫掌舵。6月25日，在气动和燃油系统的问题还没有完全解决之前，塞多夫就在浅俯冲中达到马赫数1.14，但更重要的是，在平飞中达到1192千米/小时，也就是马赫数1.04。这是苏联第一次在平飞中达到超声速。在更大推力（达34.5千牛）的米库林AM-9推出后，塞多夫在1954年3月19日将I-360飞出1452千米/小时（马赫数为1.33）的平飞速度。
这是冷战正热乎的时候，东西方在谁最先在平飞中达到超声速这样重大的问题上自然要争一争。在YF-100和I-360之间谁首先在平飞中达到超声速，这是航空史上又一个争不清的问题，冷战高峰的保密和夸口更使这一潭本来就不大清的水搅得更浑。唯一可以确定的是，两家在差不多的时候都达到了平飞中的超声速。
米格-15将平尾上升到垂尾的一半高度，I-350走得更远，将平尾升到垂尾的顶部，形成T形尾。T形不光可以避开机翼尾流的影响（后来的事实证明这不是问题），还可以充分利用垂尾的后掠，将平尾的位置尽可能向后推，在机身长度一样时，达到最大的控制力矩，使较小的平尾面积成为可能，重量、作动机构功率也随之降低。但风洞试验表明，这样的阻力较大，最严重的是，在大迎角的时候，机翼对平尾形成遮挡，容易造成深度失速，改出都不容易，米格-15和米格-17就有这个问题。试飞验证了这个问题，试飞员伊万诺夫在11000米探索高速机动包线时进入失速，一直到坠机前的最后一刻才在低空改出，就是因为平尾失灵导致失去俯仰控制。为了解决这个问题，平尾从垂尾顶上移到垂尾一半高度的位置，但是还是不解决问题，最后一直移到垂尾根部。但这样一来，平尾的面积从32.3平方米增加到59.2平方米，以重建俯仰控制力矩，这也是没有办法的事情。
试飞的结果使设计进一步完善，在1955年8月31日定型后，改称米格-19。在定型前，米格-19已经在土希诺航展上露面。一定型，生产型米格-19就交付空军进行作战试飞，试飞员之一就是斯捷潘 米高扬，他是阿纳斯塔斯 米高扬的儿子、阿尔腾姆 米高扬的侄子。
在研制I-360的同期，米格还用克里莫夫新近研制的VK-7发动机设计了I-370。这是和I-360大体相同的超声速战斗机，但是单发，还是使用早期I-360的高平尾。克利莫夫VK-7是罗尔斯 罗伊斯“尼恩”的俄罗斯后代，依旧使用离心式压气机。这是世界上推力最大的采用离心式压气机的涡轮喷气发动机，具有加力燃烧室，军用推力达到41.1千牛，加力推力达到61.4千牛。为了装进比米库林AM-5更大的克利莫夫VK-7，米格将后机身重新设计，前机身略为加长，进气口略为减小。但克利莫夫在确保VK-7达到推力设计要求上碰到很大的困难。在克利莫夫终于交付了推力大体达到要求的VK-7F之后，试飞得以进行，于1955年2月16日首飞。试飞结果表明，I-370的最大速度和米格-19相仿，爬升率还有所不及。加上进度的拖延，这最终迫使I-370下马。
在这一期间，米格设计局还安排一个小组，抽调布鲁诺夫和贝利亚科夫等精兵强将，在其他科研机构的配合下，专门研究未来战斗机的一些关键技术，其中包括新型液压作动机构、冗余操纵系统、全动平尾、过载限制装置、超声速进气口、导弹和炮口烟的问题等。这些研究的成果不仅对米格的飞机设计产生了巨大的作用，对整个苏联的飞机设计都产生了巨大的作用。
这些研究成果很快就派上了用场。米格-19在空军试飞和小批服役的过程中，发现了超声速飞行时平尾有严重的控制力矩不足的问题。这是由于平尾正好处在超声速飞行引起的激波锥背后的低压区内，气动控制作用大打折扣。只有大幅度增加平尾面积，使用全动平尾，才能达到足够的气动控制作用。米格因此决定在米格-19上采用全动平尾。美国在同期也发现了这个问题，在第一架超声速战斗机F-100“超佩刀”上采用了全动平尾。
大面积的全动平尾需要大功率的液压助力，但液压助力带来了新的问题。在一次试飞中，老资格试飞员科克纳奇一起飞，飞机就发生严重的振荡，飞机像喝醉酒了一样忽上忽下。沉着冷静的科克纳奇花尽了力气，将飞机安全着陆，但自己的头上、身上撞得到处是伤。事故分析结果表明，液压助力的操纵杆使飞行员难以判断气动控制面上的压力，就好像助力过度的汽车动力转向一样，一点路感也没有了，难以凭感觉精确控制。或者像带着手套绣花，不知道针尖戳到哪里去了。液压控制系统有自己固有的动态响应，飞行员输入动作和控制面实际响应之间有一个滞后，好像用橡皮筋牵动木偶一样。通常这个滞后可以忽略不计。在飞行平稳的时候，一点点滞后也无伤大雅。但在紧急情况手忙脚乱时，这个滞后会造成飞行员的动作和实际响应不同步。飞行员被迫加大动作，反而造成更大的不同步，最终导致失控。这就是所谓的“飞行员引起的振荡”。这个问题到现在还时不时冒出来，在人们不防备的时候咬一口。在流传很广的YF-22试飞坠机的视频里，就可以看到很典型的这种振荡。
米格花了很大的力气，最终解决了操纵杆手感和振荡问题。采用全动平尾的米格-19的超声速机动性得到了保证，亚声速机动性大幅度提高，在15000米高空525千米/小时飞行时，转弯直径从9000米下降到5000米，转弯一圈的时间由155秒下降到90秒。加装全动平尾的米格-19称为米格-19S，S为stabilator，意为全动平尾。这是米格-19的第一个大批量生产的型号，除了在苏联，也在波兰、捷克和中国生产。
根据苏联的研究结果，23毫米航炮对轰炸机目标比较有效，而30毫米航炮对战斗机目标比较有效。以空战为己任的米格-19自然装备了3门30毫米航炮。为了避免炮口烟的影响，两门30毫米航炮安装在机翼翼根，一门安装在机头下进气口稍后的地方。在以后的使用中，这三门30毫米航炮显示出很大的威力，不管是用于空战拦截，还是对地攻击，都有很大的威力。
米格-19还是苏联第一种使用高空代偿服的战斗机，飞行员规定要穿代偿服升空，在高空遇到需要跳伞或座舱漏气的情况下，打开加压。代偿服用于在机动飞行中补偿血液循环、提高飞行员抗载荷能力还是后来的事。
在米格-19S之后，米格设计局还相继推出米格-19P（雷达型）/-PF（具有雷达，换装加大推力的图曼斯基RD-9涡喷发动机）/-PM（带空空导弹）/-SM（高空型）等。说到图曼斯基，他原是米库林手下的一员大将，AM-5涡喷发动机也是他设计的。米库林失宠后，图曼斯基接手，米库林设计局改称图曼斯基设计局，以后新研制的发动机也以图曼斯基命名了。