1961年后顾诵芬历任沈阳飞机设计研究所副总设计师、总设计师、副所长、所长等职。期期间，他于1963年起开始负责中国首架高空高速歼击机——歼-8I的总体、气动力设计，并解决了方向安定性、跨声速抖振等重要技术问题。1981年，出任歼-8Ⅰ的改进型——歼-8II飞机总设计师，被誉为“歼8之父”。1986年后出任航空工业部科学技术委员会副主任。1988年兼任航空研究院副院长。此后领导了飞机主动控制技术（ACT）的研究，1990年代起又主持了高性能远景飞机的概念研究。1991年当选中国科学院技术科学部学部委员