直6直升機是在直5直升機的基礎上研制的，以戰術運輸為基本功能，是一種以空降為主的多用途直升機，可裝運20名全副武裝的傘兵戰士，還可以根據需要安裝12副擔架。最大起飛重量8100千克、商載2000千克、最大平飛速度220千米/時、巡航速度180千米/時。能夠執行空降、機降、救護、運送武器裝備和物資等多種任務。直6直升機共有零部件6825種，其中3076種與直5相同，約占43%；成品附件255種，與直5相同的有67種，占26%。它是我國由活塞直升機向渦軸直升機逐步探索并自行研制的第一種渦軸直升機。
1966年1月，第三機械工業部向國營偉建機器廠（現航空工業哈飛）和國營東安機械廠（現航空工業東安）下達了在“三五”期間設計、研制直6直升機及渦軸5發動機的任務。3月，劉鼎副部長在北京召開會議，參加單位有國營偉建機器廠、國營東安機械廠和國營湘江機器廠（現航空工業南方）、北京航空學院等單位，論證發動機選型工作。會議確定將安-24飛機所用渦槳發動機改為渦軸發動機，以解決直5直升機存在的載重少、發動機功率小、受氣溫和高度影響大、不適應高溫高原地區使用等問題，并確定于1967年10月1日拿出試飛樣機。
渦輪軸發動機是燃氣渦輪發動機的一種，是在渦槳發動機的基礎上發展起來的，是世界上第二代直升機普遍采用的動力裝置。它的功重比較高，壽命長，耗油率則與優秀的活塞式發動機相當，還能用比汽油廉價且安全的煤油作為燃料。1966年8月16日，國營偉建機器廠設計部門提出采用以“792”渦軸發動機為動力裝置的直5直升機改型設計方案，當時暫定為“直5改”，后命名為直6直升機。1967年3月，完成了飛機全部圖樣繪制，并進行了樣機和部分樣件的試制。
1968年初，第三機械工業部與第六研究院分開，直6直升機的設計工作由位于江西景德鎮的直升機研究設計所（現航空工業直升機所）承擔，制造工作歸偉建機器廠負責。渦軸5發動機的設計任務由株洲發動機設計所承擔，制造工作由東安機械廠負責。1968年12月14日，根據毛澤東主席審閱同意，周恩來總理批示，將直6直升機正式列為國家科研任務，作為部隊列裝項目。消息傳到工廠，全廠職工為之鼓舞，干勁倍增。
1969年2月，國營偉建機器廠完成了01架直6直升機的總裝，送沈陽進行靜力試驗。當年11月，02架試飛樣機也總裝完畢，交付試飛。為保證直6在空中單發熄火自轉下滑的安全，先在直5上進行了3次自轉著陸訓練，試飛大隊副大隊長王培民和機組人員楊會錄、王文英等首次在直5上成功完成了關車后的自轉著陸試驗。12月15日，02號直6直升機正式上天并成功進行了規定科目的飛行。空軍副司令員曹里懷、常乾坤等領導觀看了試飛。第三機械工業部和沈陽軍區分別發來賀電表示祝賀。1970年3月，飛機轉場北京做試飛匯報表演。
1969年10月，周恩來總理、軍委辦事組批準了第三機械工業部《關于在景德鎮新建直升機廠的報告》，決定由國營偉建機器廠負責包建國營昌河機械廠（現中航工業昌飛）并建立直6直升機生產線。1970年5月11日，第三機械工業部又發出通知，要求直升機研究設計所將直6直升機全套圖樣和技術文件等設計資料提供給江蘇省軍工組，并派出5名技術人員，組成設計工作組到江蘇常州變壓器廠協助直6直升機的生產工作。
1970年6月，國營偉建機器廠試制的03架直6直升機總裝完畢，8月，由傅貴法等人飛至南京大校機場進行高溫性能試飛。9月12日，返廠途經唐山附近時，因輸油管突然在空中斷裂，直升機迫降自轉著陸，機頭觸地，造成三等事故，機上10人全部負傷住院。后經調查，輸油管斷裂是因操縱油路接嘴管壁過薄所致。
1972年1月5日，葉劍英、李先念、余秋里等中央領導人，在北京聽取了直6研制情況的報告，詳細訊問了直6研制生產情況，指示要繼續抓緊時間搞上去。8月7日，根據第三機械工業部通知，國營偉建機器廠派傅貴法和楊會祿兩同志分別駕駛02、03架（已修復）直6前往南京試飛，并同江蘇試制的直6會合，到西南、西北進行高溫、高原地區試飛。02架機飛過長春19分鐘后，突然從1500米航線高度上下降至地面，造成機毀人亡的重大事故，機上6人全部遇難。后經調查，事故是由發動機體內減速器抱軸卡死造成的。
1972年8月28日，第三機械工業部正式決定將直6直升機研制定型任務轉到江蘇。1977年1月24日，直6直升機被批準設計定型。
自1966年至1979年，歷時13年，我國在直6直升機上進行了向渦軸化過渡的艱苦努力，投入了巨大的人力、物力和財力，推進直6直升機的科研、生產在艱難中前進。國營偉建機器廠共生產7架份：靜力試驗1架（01號），整機2架（02、03號），進行大改發動機試驗1架（04號），大部件3架（2架交江蘇、1架交江西）；江蘇常州變壓器廠生產11架份；江西景德鎮廠生產1架份。
直6直升機是我國為發展第二代直升機技術進行的積極探索，也是在自主研制直升機方面邁出的重要一步。該機榮獲了1978年全國科學大會獎。