Listopad 1962 r. pułk otrzymał do eksploatacji jako pierwsza bojowa jednostka w Polsce samoloty MiG-21F-13.
W czerwcu 1966 r. pułk uczestniczył w ćwiczeniach Układu Warszawskiego, w których po raz pierwszy wykonywał starty i lądowania na autostradzie.
W listopadzie 1973 r. pułk został po raz kolejny przeformowany. Utworzono dwie eskadry lotnicze: pierwsza wyposażona w samoloty MiG-21, druga w samoloty Lim-5. Samoloty Lim 5 pozostały na wyposażeniu drugiej eskadry aż do 1981, kiedy to przezbrojono ją w samoloty MiG-21 pfm.
3 pułk alt=|mały|MiG-21 MF z pary dyżurnej 3.plm podczas lotu bojowego w ramach systemu Obrony Powietrznej. Samolot uzbrojony w kierowane pociski rakietowe R-3s. W 1995 roku 62 Pułk Lotnictwa Myśliwskiego im. Powstańców Wielkopolskich przyjął historyczny numer „3" z nazwą wyróżniającą - „Poznań”Decyzja ministra obrony narodowej nr 3 z 16 stycznia 1995 roku i otrzymał nowy sztandar.
3 Pułk Lotnictwa Myśliwskiego „Poznań”, dziedziczył tradycje wszystkich wielkopolskich i poznańskich eskadr myśliwskich.
W 1997 r. wprowadzenie na uzbrojenie samolotów MiG-21 R z rozwiązanego 32 pułku rozpoznania taktycznego w Sochaczewie.
We wrześniu 1997 r. pułk uczestniczył w polsko-amerykańskich ćwiczeniach "Orli Szpon" (Eagles Talon).