Samoloty te zaczęły wchodzić na wyposażenie polskiego lotnictwa od 1963, lecz oficjalnie przyjęto je na uzbrojenie dopiero po próbach państwowych 14 września 1964. Początkowo, do 1964, nie miały jeszcze zamontowanych dodatkowych pylonów.
Do lutego 1964 zbudowano 70 Lim-6bis, ponadto samoloty Lim-5M i Lim-6 zostały przebudowane do standardu Lim-6bis. Część z nich została wykonana w wariancie szturmowo-rozpoznawczym Lim-6R (lub Lim-6bisR) z aparatem fotograficznym AFA-39 pod kadłubem.
W miarę, jak myśliwce przechwytujące Lim-5P stały się przestarzałe, od 1971 przebudowywano je do standardu Lim-6bis, oznaczając Lim-6M. Usunięto z nich radary, pozostawiając ich osłony nad wlotem powietrza do silnika i w przegrodzie tego wlotu. Wyposażono je w dodatkowe pylony podskrzydłowe, ale nie w spadochrony hamujące. Niektóre zmodyfikowano do wariantu rozpoznawczego Lim-6MR.
Lim-6bis, 6R, 6M i 6MR były używane przez lotnictwo polskie jako najliczniejsze samoloty szturmowe aż do lat 80. Ostatnie z nich wycofano w 1992.
Potem niektóre byłe polskie i niemieckie maszyny sprzedano do Gwinei Bissau.