沈飞公司也全力以赴加快试制进度。1993年4月初，01架装机成品协调会在沈飞公司召开，两个月后，“八三工程”办公室以现场指挥部名义再次检查督促成品研制的进展情况，以确保部装与总装的顺利进行。
但是，由于工程进度紧，当时01架装机所需的52项成品仅到了21项，按原计划发动机本应3月交付，但因研制中暴露出的问题需在第四批次产品上更改，所以正式装机件要到10月才能交付。在这种情况下，为保证沈飞公司部装、总装继续进行，飞机和发动机厂所商议决定7月和8月各提供一台工艺发动机用于装机协调。
尽管一路上坎坎坷坷，但是，经过歼8Ⅲ研制各条战线的奋力拼搏与配合，1993年6月25日，01架飞机部装正式完成；8月25日提前36天完成总装，并交付试飞站；10月31日，415号、416号上天发动机交付；11月2—6日，歼8Ⅲ02架机通过了67%设计载荷全机静力试验；11月下旬—12月6日，01架飞机完成了一系列地面试验和机上试验，首飞日期终于临近了。
实现“争三”首飞
1991年11月—1993年8月，“八三工程”办公室先后组织召开了4次试飞工作会议，对歼8Ⅲ的试飞任务与计划及技术准备和条件准备进行了全面而又细致的安排。
1993年，歼8Ⅲ飞机首飞前，各专业编写的地勤改装讲义、空勤改装讲义出版，李明提出，外场室要对空、地勤改装讲义的全部章节进行仔细阅读，并对其中的数据进行协调检查，发现问题之后罗列整理。之后，对问题逐一查看，并组织召开相关专业技术协调会，对讲义的使用说明、操作程序的描述，特别是技术数据做到各专业协调一致、准确无误。
通过开展上述工作，601所提供飞机首飞的空、地勤讲义为飞行员正确操纵飞机、地勤人员正确维护飞机，保证飞机安全试飞提供了技术基础。
1993年5月，01架飞机的首席试飞员和备份试飞员、首飞指挥员和副指挥员获得批准。
在首飞的基本条件全部具备后，1993年12月8—10日，型号的两总师系统组织专家完成了歼8Ⅲ01架机的首飞评审，评审专家一致同意按首飞大纲进行首飞。歼8Ⅲ飞机总设计师李明，试制总工程师孟庆文，试飞首席指挥员鹿鸣东以及现场总指挥唐乾三分别在首飞放飞意见书上签字，最后，航空工业总公司副总经理兼歼8Ⅲ型飞机行政总指挥王昂签发首飞放飞证。
1993年12月12日14时36分，歼8Ⅲ01架机在沈飞公司成功实现首飞，首飞持续了13分钟，实现了航空人对党、国家和人民承诺的第一个里程碑节点。
第二天，首席试飞员、第一试飞大队副大队长黎庭光汇报首飞情况时，深情地说：“首飞成功，是所有从事航空事业的科技人员和广大职工用双手把我抬上去的，从滑行到飞行，我感到歼8Ⅲ与歼8Ⅱ一样不错。”
12月21日，歼8Ⅲ研制工作汇报会在沈飞公司召开，当时的空军副司令员林虎在会上做了重要讲话。林虎指出：“歼8Ⅲ01架机首飞成功是取得了重大胜利，但歼8Ⅲ真正意义上的首飞应是发动机按规范完成试验，再装上脉冲多普勒雷达、综合火控系统，才叫歼8Ⅲ首飞成功。”
在汇报会上，国防科工委副主任谢光除对首飞成功祝贺外，还总结提出了歼8Ⅲ飞机的5个第一、7条经验和两大任务。其中，5个第一就是第一次真正用上了自行研制的发动机；世界上真正能研制发动机的只有四五个国家，涡喷14是第一个采用国军标设计的发动机；第一次在战斗机上装脉冲多普勒雷达和综合火控系统；第一个在“八五”期间由中央领导直接审批立项的装备；第一型只用3年的时间就上天的战斗机。面临的两大任务是：首飞不易，全状态上天更难；把歼8Ⅲ搞快、搞好、搞成功。
12月22日，歼8Ⅲ01架机进行了第二次飞行。
01架成了涡喷14发动机的地面与空中试验台
1994年一年，涡喷14发动机陆续暴露出若干故障，且故障不断反复。这些故障主要有：发动机多处渗漏燃油，甚至在地面试车过程中发现有火舌或冒烟痕迹；滑油消耗量大；发动机壁温高；放气带漏气；T4温度高；小加力脉动等。上述故障虽然都不是发动机领域里所谓的“大问题”，但是一直未能彻底解决，导致发动机处于不停地返厂—装机—再返厂的恶性循环中，也影响了整个试飞进度。
至此，李明此前关于发动机成熟度的怀疑成了摆在眼前的事实。据统计，1994年一年返厂就达7次之多，本该用于调整和鉴定试飞的发动机却进入了参研人员不断积累工程经验、实施可靠性增长、提高成熟度的过程，歼8Ⅲ01架机成了涡喷14发动机的地面与空中试验台，沈飞试飞站与跟飞人员则成了呵护它的辅助保障人员。
由于发动机的问题，01架飞机在1994年一年才飞行了4个起落。1994年10月11日，国务院总理李鹏、中央军委副主席刘华清、国务委员宋健及国务院有关部委、军委各总部、军兵种，以及辽宁省、沈阳市的领导视察沈飞公司时，歼8Ⅲ01架机进行了一次飞行表演。此后，歼8Ⅲ01架基本上处于停飞状态。
综合火控系统的研制和歼8Ⅲ03架的“保四”首飞
20世纪80年代初，机载火力控制系统开始向综合化、数字化方向发展。在综合火控系统上，通过数据传输总线将系统中各项设备连接在一起，通过先进的控制软件，由一台或者两台机载计算机执行主控任务，实现全系统的统一管理、统一控制、统一显示，达到信息综合利用、功能综合管理、综合检测及硬件综合利用，大大提高了飞机武器系统的作战效能。
80年代中期之后，随着综合飞行控制系统和综合火控系统的发展完善，西方发达国家在飞机设计中又率先将两者结合成为一套更为复杂的航空电子系统，即综合飞行/火力控制系统。这种系统的应用，大大减轻了飞行员的负担，提高了战斗机的作战效能和战场生存能力。90年代后期，机载航空电子系统领域又出现了新的变革，即将飞机的火控系统、飞行控制系统和推力控制系统整合在一起，组成火—飞—推综合控制系统。该系统是电子技术和网络技术发展的必然，未来将在战斗机上大量应用。
作为歼8Ⅲ“两大改”之一的数字式航空电子综合火控系统，是由雷达、连续波照射器、雷达罩、惯性导航系统、火控计算机、大气数据计算机（ADC）、外挂物管理分系统、接口组件、显示控制管理系统、数据传输设备、速率陀螺组件以及多路数据传输总线等组成的。
数字式航空电子综合火控系统是世界第三代战斗机的主要技术特征之一，也是第三代战斗机的标志，当时我国的空军也迫切希望我们自己的战斗机能够装备同类系统，并认为这是作战飞机战斗力的倍增器。但是，由于我国航空工业的技术基础比较薄弱，国家决定通过两个途径掌握这类技术。一方面在歼10飞机的研制中，通过对外技术合作来掌握该技术；另一方面，就是希望通过“八二工程”来实现这个目标。但是由于“八二工程”的终止，第二条路显然已经走不通了，但是这反而激发了航空人自行研制此类系统的决心和勇气。
由于此前有研制歼8ACT数字电传系统的经验，并且在“八二工程”中直接参加了美国格鲁门公司为改装歼8Ⅱ飞机而设计的综合火控系统方案的初步设计评审和关键设计评审，李明对整个系统的组成以及研制方法有了比较深入的了解和认识。他说：“党、国家和军队将这个任务交给了我们，部领导还要我兼任这个系统的总设计师，这也是对我的信任和期待，我自己既感觉压力重大，又觉得责无旁贷，必须切实地负起责任，团结和组织各参研单位的技术力量，发挥团队的积极性和聪明才智，一定要将该系统研制成功。”
在“八二工程”期间，美国格鲁门公司为歼8Ⅱ飞机改装的综合火控系统，是以F-16战斗机上使用的实际系统作为原准系统的，所以有技术和实物基础。而当时我国虽然有“873”预研课题研究的基础，但是要进入工程化研制，还是要从头开始，即按照研制程序必须经历C型件和S型件两轮研制和综合试验，试验达标后才能装机试飞。所以，要实现综合火控系统装机“保四”首飞，进度之紧显而易见。用李明的话说，就是“明知山有虎，偏向虎山行”。
参照“八二工程”中美国格鲁门公司的做法，李明做的第一件事就是尽快建立顶层设计文件体系。1990年12月，先由李明组织601所参与项目的科研人员草拟了综合火控系统技术规范等19份顶层文件，并于12月21—25日召开协调会，进行研讨。
此后，为了加快建立顶层文件体系的进度，也是为了集中国内优势技术力量和加强相互沟通，李明决定采取集中各个参研单位的技术骨干成立联合顶层文件设计组的方法，这样既可以分工负责，又便于及时组织频繁的讨论，共同完成系统顶层文件设计，编制出系统和各分系统的技术规范、软件的需求说明和配置管理计划以及初步接口控制文件等顶层文件。
按照这个办法，1991年初，各分系统研制单位集中到601所进行综合火控系统的顶层设计工作，大大加快了工作进度。1991年10月，总师系统召开综合火控系统专题评审会，对各分系统进行设计评审和总线软件设计评审，评审结果认为已经编写的各种文档内容基本满足系统总体要求，各分系统软件项目开发计划基本可行。这就为系统的研制奠定了基础，也为以后的综合火控系统双边和多边试验和系统综合试验提出了指导性建议。
歼8Ⅲ研制之初曾多次征求空勤人员的意见，在歼8Ⅲ座舱布局的方案协调中就根据使用部门的意见，增加了电子飞行指示器，该设备经过实际飞行考核，在以后的各飞机型号中都得到了应用。而在综合火控系统的设计和研制过程中，科研人员同样广泛听取和收集来自一线飞行员的意见，以保证座舱里系统界面的人性化和可操作性。
在这期间，李明安排孙聪（后成为601所总设计师）负责战斗机驾驶员操作程序的设计，孙聪之前曾作为技术支援组成员参加了“八二工程”中对美方的驾驶员操作程序的评审。在驾驶员操作程序设计之前，又派孙聪去西北工业大学（西工大）进行了专项进修。1991年6月，国内首次编制的歼8Ⅲ战斗机综合火控系统中的驾驶员操作程序基本完成，李明认真进行了审查修订，并于1991年7月16—20日请空军歼8Ⅲ空勤顾问组的飞行员认真评审，获得了一致好评。这份文件是顶层设计的核心文件之一，有了这些文件，系统中各分系统和设备的软硬件设计、接口控制以及以后的验收就有了依据。
1991年7月31日，歼8Ⅲ第二次成品协调会结束之后，综合火控系统的成品研制任务得以落实并迅速铺开。顶层设计文件体系的建立和成品研制协议书的签订，为空军编制和上报二类（综合火控系统的各分系统大多是二类以上的产品）定型成品的战术技术要求提供了基础。
随后，李明以总师系统的名义下达任务，安排3个月的时间，由各参研单位开展各分系统和设备的C型件方案设计，并要求3个月后由总师系统组织专题评审。在这期间，李明还处理了一件棘手的事情，这件事情涉及的器件虽然很小，但是却影响到整个综合火控系统能否完全发挥设计功能。