1986年，601所与112厂提出歼八II的大改方案，在歼八II的基础上换装涡喷14发动机，采用新型脉冲多普勒雷达、电传操纵等一系列新技术，研制一型与歼10水平相当的战斗机，研制经费7亿元，预计在1995年左右首飞，2000年前后交付空军使用。
1990年10月31日，最高领导在航空航天工业部部长林宗棠的陪同下视察112厂。112厂和601所汇报了研制歼八III 的设想，领导当场表示：“我们在八二工程上吃了亏，航空工业系统一定要把歼八III搞上去，为国家人民争口气。”
1991年1月8日，总参和国防科工委批准了技术指标。同年5月，批准立项，歼八III工程正式上马，计划争三保四首飞，争六保七定型。
601所与112厂根据空军提出的作战要求，对飞机性能指标统一了意见，提出在歼八II02批次的基础上进行“两项大改，两项适应，八项改进”。两项大改是指换装涡喷14发动机，提高推力，改善飞机加速性能和爬升率；换装“八二工程”的数字式综合火控系统，具备下视下射能力。两项适应是指已知歼8D的空中加油能力；具有综合电子对抗能力。
八项改进是指，一是从发射半主动中距空空弹，过渡到发射主动中距空空弹，具备超视距发射后、双目标攻击能力；二是用外补偿空速管；三是增加载弹量，可挂载12种炸弹；四是换装HTY4A弹射座椅，实现零高度至升限、零速度至1000千米/时的安全弹射；五是换装电子防滑刹车；六是提高使用过载；七是改善可维修性和可靠性；八是采取减重措施。
1993年7月28日，02架静力试验机总装完成，确保了01架样机按时首飞。
1993年12月12日，搭载着昆仑发动机的01架样机首飞成功。
1994年12月30日，03架全状态样机首飞，实现了争三保四的目标。
1995年10月31日，01架样机转场630所（飞行试验研究院）。
1995年12月17日，04架样机首飞。
1996年3月23日，03架样机转场630所。
1997年1月24日，大约下午1时，空军第一试飞大队副大队长黎庭光驾驶04架样机由沈阳转场至阎良，此时天气条件发生改变，阎良机场的能见度不足3000米，而飞机着陆的能见度要求不小于5000米。地面指挥员黄炳新立刻向空军西安基地报告，并建议04架飞机去备降机场降落。但飞机已经飞过临汾，剩余燃油不足2吨，不可能再折返备降机场，只得继续朝阎良机场飞来。
在飞机距离阎良机场100千米时，气象条件持续恶化，其实这个时候已经不具备降落条件了。飞机到达跑道上空，在指挥员的引导下，试飞员找到跑道，然后下降高度，正常放下起落架，模模糊糊看到部分跑道，随后进行方向校正，2个主轮正常接地滑行，飞机在跑道滑跑了约500米。可试飞员不知道前方跑道上新挖了一条半米多深的电缆沟，激烈的撞击使右主起落架结构断裂，起落架脱落，飞机向右冲出跑道，撞断5根铁丝网水泥柱以及若干树木，最终停在了周围的农家果园里。此次二等事故导致飞机严重受损，飞行员受伤，真可谓“阴沟里翻了船”。研制进度滞后，上级不得不批准再生产一架与04架样机状态一样的05架样机，完成定型试飞任务。
1998年9月10日，05架样机转场到试飞院，开始承担定型试飞的科目。
1999年5月20日下午，05架样机刚起飞三分钟，试飞员报告左侧发动机火警信号灯亮，疑似发动机故障。地面指挥员立刻下令取消飞行，飞机返场，随后就失去了联系。飞机带着巨大的火光坠落，坠地后发生爆炸，碎片散落处最远距机身达400米，试飞员成功跳伞，但受重伤，爆炸另造成地面4人受伤。
鉴于连续发生两起事故，剩下2架样机已难以完成原定的任务，定型试飞无法进行下去，加上本来研制进度就严重滞后，而歼8F的研制任务进入关键期。2000年9月，上级决定歼8III工程进行调整，该型号只做技术鉴定，不再等待列装。
2001年，歼8III型号最终下马。
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