Существенное расширение пространства воздушного боя, более высокие угловые скорости перемещения привели к тому, что попасть в цель из пушек и пулеметов с эффективной дальностью стрельбы около 500 м стало почти невозможно.

В хо же время, вступившие в противоборство американские F-80, F-84, F-86 и советские МиГ-15 были вооружены стрелковым оружием, разработанным накануне и в годы Второй Мировой войны. Его поражающие характеристики вполне соответствовали первой половине 40-х, но уже всего через пять лет оказались совершенно недостаточны. Причины этого крылись в том, что полетная масса конструкций реактивных истребителей фактически удвоились. Все они стали цельнометаллическими, а значительные нагрузки возникавшие в ходе полета на около- и трансзвуковых скоростях, потребовали упрочнения силового набора и утолщения обшивки истребителей. Немалую роль сыграло и то, что керосин, сменивший в роли горючего чрезвычайно пожароопасный бензин, на больших высотах загорался очень плохо.

В тоже время рост бомбовой нагрузки ударных самолетов и, особенно, появление ядерных бомб, требовали гарантированного уничтожения воздушного противника в любых метеоусловиях, на возможно большей дальности и в любое время суток. Обеспечить это могли только управляемые ракеты (УР) класса «воздух-воздух», первые образцы которых были приняты на вооружение советских ВВС во второй половине 50-х гг.

Одной из них была система РС-1-У (К-5). Под нее и решили доработать перехватчик МиГ-19П. Несколько ранее ОКБ-155 уже проделало аналогичную работу с самолетом МиГ-17ПФ, таким образом определенный задел по ракетной тематике у микояновцев уже имелся.

Проект перевооружения начали разрабатывать еще в 1954 г. (машина с четырьмя ракетами РС-1-У получила шифр СМ-7А). На самолете вместо РЛС РП-1 «Изумруд-1» предполагалось использовать станцию РП-5 «Изумруд-2», сопряженную с оптическим прицелом АСП-5НВ. Ракеты должны были подвешиваться на пусковых устройствах АПУ-3 с замками-держателями 369-Ш. Фотокинопулемет СШ-45 предназначался для фотографирования отметки цели радиолокационного прицела, а фотопулемет АКС-3 - для фиксации траектории полета УР Планировалась также установка двух фотоаппаратов С-13-300 для фотографирования схода снарядов с АПУ.

Но перечисленными изменениями доработки не ограничились. Замена станции РП-1 на РП-5 потребовала изменения формы носового кока фюзеляжа. В связи со значительным объемом доработок и ростом взлетного веса, пушечное вооружение полностью демонтировалось.

Одновременно управляемыми ракетами было решено оснастить фронтовые истребители МиГ-19 (изделие СМ-2/М), которые сохранив в полном объеме пушечное вооружение должны были нести две УР К-5.

Однако эта система оказалась ненадежной, и дальше испытаний опытных образцов, проводившихся в 1955 г., дело не пошло. Полученные результаты специалисты ОКБ П.Д.Груштна постарались учесть при создании усовершенствованной системы К-5М, работы по которой в это время уже завершались. Уже 7 января 1955 г. А.И.Микоян утвердил эскизный проект нового варианта перехватчика, получившего шифр изделия СМ-7М. Машину оснастили РЛС РП-5 "Изумруд-2", сопряженный с оптическим прицелом АСП-5Н-ВУ. Радиолокатор обеспечивал обнаружение целей в передней полусфере и определение их положения относительно истребителя по направлению и дальности (при отсутствии визуальной видимости цели). Он позволял вывести перехватчик в направлении цели на дистанцию пуска ракеты и осуществить прицеливание с помощью оптического прицела АСП-5Н-ВУ, передавая по основному радиолокационному каналу кодированные импульсы (для создания в пространстве кодированной сетки и определения совместно с аппаратурой опознавания государственной принадлежности обнаруженного объекта). РЛС позволяла обнаруживать цели в передней полусфере в пределах углов +/-60' по азимуту и +26 град/-14град по углу места относительно продольной оси самолета и выводить перехватчик на цель по экрану индикатора в кабине с выбором наиболее выгодного направления для атаки. На дистанции до цели начиная с 3500-4000 м станция обеспечивала автоматический ввод в оптический прицел АСП-5Н-ВУ координат дальности, азимута и угла места независимо от условий визуальной видимости. На самолете не было пушек, а под крылом установили четыре направляющих АПУ-4 для ракет РС-2-У(К-5М), что вызвало необходимость изменения конструкции крыла. Новая УР являлась частью системы вооружения (СУВ) С-2-У, созданной с целью замены системы С-1-У. Ракета предназначалась для поражения бомбардировщиков путем подрыва осколочно-фугасной боевой части в непосредственной близости от цели. Она имела стартовую массу 84 кг, и осколочную 13-килограммовую боевую часть. В течение всего полета УР самолет-носитель должен был подсвечивать цель бортовой РЛС. Так же, как и в системе С-1-У, пуск ракет можно было производить одиночно, залпом по две или всех сразу с временной задержкой. РС-2-У не отличалась маневренностью и представляла реальную угрозу лишь для тяжелых бомбардировщиков. Причинами этого была небольшая дистанция пуска (6 км), тем не менее превышавшая дальность сопровождения цели (3,5-4 км), и низкая скорость (1650 км/ч).

Несмотря на это, было принято решение доработать МиГ-19П под новую систему вооружения, а в январе 1956 г. под нее доработали СМ-7/2М, который без промедления отправили на заводские испытания. Вскоре к ним поступил и второй прототип, переделанный из опытного СМ-7/2 (доработанный под ракетное вооружение самолет обозначили шифром СМ-7/2М). Он отличался от первого цельноповоротным стабилизатором без руля высоты.

После завершения в 1956 г. заводских испытаний опытный перехватчик передали на госиспытания, большую часть которых провел военный летчик-испытатель С.А.Микоян. Испытательные полеты СМ-7/2М с ракетами К-5М начались 14 октября и закончились 23 октября 1957 г. с положительной оценкой и решением о запуске в серийное производство. В том же году ОКБ-155 передало чертежи самолета на серийный завод №21 в Горьком, где началось его производство под обозначением МиГ-19ПМ (изделие «65»). В общей сложности выпустили около 250 машин этого типа.

МиГ-19ПМ имел удлиненный форкиль (подобно поздним МиГ-19С), триммер на руле направления, цельноповоротный стабилизатор и не имел пилонов для блоков НУРС. Первые серийные машины имели на фюзеляже перед крылом накладки, защищавшие фюзеляж от огня пушек. Кроме того, изменился механизм аварийного сброса фонаря кабины, демонтировали станцию «Сирена-2», однако на самолетах поздних серий ее все же вернули в комплект БРЭО. Аэронавигационное оборудование МиГ-19ПМ в основном не отличалось от аналогичного оборудования МиГ-19П, заменили лишь гиромагнитный компас ДГМК-3 на гидромагнитный индукционный компас ГИК-1. Кроме того, впервые была реализована схема аварийного переключения датчиков ПВД с правого на левое крыло.

Пуск ракет осуществлялся от кнопки на ручке управления самолетом с помощью устройства управления вариантами стрельбы ПУВС-52. Однако надежность радиоэлектронного оборудования МиГ-19ПМ оказалась еще ниже, чем у предшественника - МиГ-19П, а летные характеристики по сравнению с МиГ-19С значительно ухудшились. Например, максимальная скорость снизилась с 1452 км/ч до 1250 км/ч. В сочетании с частыми отказами системы управления и отсутствием артиллерийского вооружения, это еще больше ухудшило репутацию самолета. Правда, к концу эксплуатации надежность все же удалось повысить.

Постройка МиГ-19ПМ завершилась в декабре 1957г. с переходом авиазавода № 21 на выпуск МиГ-21, а № 153 - Су-9. Всего в СССР выпущено 2069 серийных «девятнадцатых» всех модификаций. С приходом новых истребителей МиГ-19 быстро снимали с вооружения. Большая часть машин уничтожалась, остальные экспортировались. Некоторое количество самолетов переделали в беспилотные мишени. К 1970 г. в ВВС и ПВО СССР оставалось не более 350 МиГ-19 всех модификаций (в основном перехватчиков). К 1974 г. последние из них, сохранившиеся в ПВО, были заменены на МиГ-25 и Су-15.

Весьма широко поставлялись за рубеж МиГ-19ПМ (экспортировано более 120 машин).  Некоторые перехватчики, поставленные за рубеж, оснащались радиолокационным прицелом РР-20. В НАТО он получил кодовое обозначение «Farmer-D». В 1959-60 гг. ВВС Чехословакии получили 33 истребителя, состоявших на службе до начала 70-х гг. В октябре 1959 г. 12 МиГов поступили в 1. Staffel Jagdgeschwader 3 (3-й ИАП) ВВС ГДР. Эскадрилья достигла оперативной готовности лишь в начале 1961 г. и до 1969 г. потеряла в летных происшествиях 4 машины, после чего была перевооружена на МиГ-21. В марте-апреле 1960 г. 12 МиГ-19ПМ поступили в 3-ю эскадрилью 31-го ИАП ПВО Венгрии. До 1974 г. три самолета разбились, два пилота погибли. В 1959 г. ВВС Польши получили 13 МиГ-19ПМ, распределенные между 28-м и 39-м ИАП. Самолеты эксплуатировались до 1966-67 гг., когда были переданы Болгарии. 45 перехватчиков в 1959 г. закупила Румыния. Они применялись в 66-й НАД до середины 70-х гг. В октябре 1959 г. 15 МиГ-19ПМ было поставлено Албании. Самолеты получил 7594-й ИАП на авиабазе Ринас. В 1965 г. их обменяли у Китая на истребители F-6. Пять МиГов в 1959 г. в разобранном виде поставили в КНР.

Позже, уже в начале 60-х гг. перехватчики МиГ-19ПМ получили более совершенную станцию наведения с «Лазурь» и, соответственно, новое обозначение - МиГ-19ПМЛ.