Начиная с сентября 1963 года, 19-ый истребительный авиаполк получил 12 МиГ-21Ф-13, впоследствии часть этих самолётов была переделана в разведывательный вариант МиГ-21Ф-13Р и передана в 26-му разведывательному авиаполку. Выведены из эксплуатации в 1988 году.

В январе 1965 вторая эскадрилья 18-го авиаполка получила 12 МиГ-21ПФ, как и в случае с Ф-13, часть этих самолётов была переделана в разведывательный вариант МиГ-21ПФР и передана в 26-му разведывательному авиаполку. Сняты с вооружения в 1991 году.

Кроме МиГ-21ПФ, в 1965 году ВВС Болгарии получили 12 МиГ-21ПФМ. В 1977-1978 за ними последовало ещё 36 подержанных советских МиГ-21ПФМ и два таких истребителя в 1984 году. Все МиГ-21ПФМ стояли на вооружении 15-го авиаполка до 1992 года.

В 1962 году, 26-ой рап получил шесть разведывательных МиГ-21Р. В 1969-1970 году, в 19-ый иап поступило 15 МиГ-21М, закончили службу эти самолёты в 1990 году в 21-ом иап.

В 1974-1975 году в Болгария получила двадцать МиГ-21МФ, часть из которых впоследствии была переделана в разведывательный вариант МиГ-21МФР[4] и передана в 26-му разведывательному авиаполку. Сняты с вооружения в 2000 году. С 1983 по 1990 год ВВС Болгарии получили 72 МиГ-21бис. Половина из них была в варианте САУ (30 новых, 6 подержанных), эти истребители получил 19-ый авиаполк, а вторая половина с системой «Лазурь». МиГ-21бис были сняты с вооружения в 2000 году.

Кроме боевых МиГ-21, ВВС Болгарии получили 39 спарок в вариантах МиГ-21У (1 в 1966 году), МиГ-21УС (5 в 1969-1970 годах) и МиГ-21УМ (27 новых в 1974-1980 годах и 6 подержанных советских в 1990 году). Последние учебные МиГ-21 были сняты с вооружения в 2000 году, а до этого, в 1994 десять МиГ-21УМ были проданы Индии.

За всё время эксплуатации, в авиакатастрофах было потеряно 38 истребителей: 3 МиГ-21Ф-13, 4 МиГ-21ПФ, 7 МиГ-21ПФМ, 5 МиГ-21М, 6 МиГ-21МФ, 2 МиГ-21бис, 2 МиГ-21Р, 1 МиГ-21УС и 8 МиГ-21УМ. 

Известные потери болгарских МиГ-21