直6直升机是在直5直升机的基础上研制的，以战术运输为基本功能，是一种以空降为主的多用途直升机，可装运20名全副武装的伞兵战士，还可以根据需要安装12副担架。最大起飞重量8100千克、商载2000千克、最大平飞速度220千米/时、巡航速度180千米/时。能够执行空降、机降、救护、运送武器装备和物资等多种任务。直6直升机共有零部件6825种，其中3076种与直5相同，约占43%；成品附件255种，与直5相同的有67种，占26%。它是我国由活塞直升机向涡轴直升机逐步探索并自行研制的第一种涡轴直升机。
1966年1月，第三机械工业部向国营伟建机器厂（现航空工业哈飞）和国营东安机械厂（现航空工业东安）下达了在“三五”期间设计、研制直6直升机及涡轴5发动机的任务。3月，刘鼎副部长在北京召开会议，参加单位有国营伟建机器厂、国营东安机械厂和国营湘江机器厂（现航空工业南方）、北京航空学院等单位，论证发动机选型工作。会议确定将安-24飞机所用涡桨发动机改为涡轴发动机，以解决直5直升机存在的载重少、发动机功率小、受气温和高度影响大、不适应高温高原地区使用等问题，并确定于1967年10月1日拿出试飞样机。
涡轮轴发动机是燃气涡轮发动机的一种，是在涡桨发动机的基础上发展起来的，是世界上第二代直升机普遍采用的动力装置。它的功重比较高，寿命长，耗油率则与优秀的活塞式发动机相当，还能用比汽油廉价且安全的煤油作为燃料。1966年8月16日，国营伟建机器厂设计部门提出采用以“792”涡轴发动机为动力装置的直5直升机改型设计方案，当时暂定为“直5改”，后命名为直6直升机。1967年3月，完成了飞机全部图样绘制，并进行了样机和部分样件的试制。
1968年初，第三机械工业部与第六研究院分开，直6直升机的设计工作由位于江西景德镇的直升机研究设计所（现航空工业直升机所）承担，制造工作归伟建机器厂负责。涡轴5发动机的设计任务由株洲发动机设计所承担，制造工作由东安机械厂负责。1968年12月14日，根据毛泽东主席审阅同意，周恩来总理批示，将直6直升机正式列为国家科研任务，作为部队列装项目。消息传到工厂，全厂职工为之鼓舞，干劲倍增。
1969年2月，国营伟建机器厂完成了01架直6直升机的总装，送沈阳进行静力试验。当年11月，02架试飞样机也总装完毕，交付试飞。为保证直6在空中单发熄火自转下滑的安全，先在直5上进行了3次自转着陆训练，试飞大队副大队长王培民和机组人员杨会录、王文英等首次在直5上成功完成了关车后的自转着陆试验。12月15日，02号直6直升机正式上天并成功进行了规定科目的飞行。空军副司令员曹里怀、常乾坤等领导观看了试飞。第三机械工业部和沈阳军区分别发来贺电表示祝贺。1970年3月，飞机转场北京做试飞汇报表演。
1969年10月，周恩来总理、军委办事组批准了第三机械工业部《关于在景德镇新建直升机厂的报告》，决定由国营伟建机器厂负责包建国营昌河机械厂（现中航工业昌飞）并建立直6直升机生产线。1970年5月11日，第三机械工业部又发出通知，要求直升机研究设计所将直6直升机全套图样和技术文件等设计资料提供给江苏省军工组，并派出5名技术人员，组成设计工作组到江苏常州变压器厂协助直6直升机的生产工作。
1970年6月，国营伟建机器厂试制的03架直6直升机总装完毕，8月，由傅贵法等人飞至南京大校机场进行高温性能试飞。9月12日，返厂途经唐山附近时，因输油管突然在空中断裂，直升机迫降自转着陆，机头触地，造成三等事故，机上10人全部负伤住院。后经调查，输油管断裂是因操纵油路接嘴管壁过薄所致。
1972年1月5日，叶剑英、李先念、余秋里等中央领导人，在北京听取了直6研制情况的报告，详细讯问了直6研制生产情况，指示要继续抓紧时间搞上去。8月7日，根据第三机械工业部通知，国营伟建机器厂派傅贵法和杨会禄两同志分别驾驶02、03架（已修复）直6前往南京试飞，并同江苏试制的直6会合，到西南、西北进行高温、高原地区试飞。02架机飞过长春19分钟后，突然从1500米航线高度上下降至地面，造成机毁人亡的重大事故，机上6人全部遇难。后经调查，事故是由发动机体内减速器抱轴卡死造成的。
1972年8月28日，第三机械工业部正式决定将直6直升机研制定型任务转到江苏。1977年1月24日，直6直升机被批准设计定型。
自1966年至1979年，历时13年，我国在直6直升机上进行了向涡轴化过渡的艰苦努力，投入了巨大的人力、物力和财力，推进直6直升机的科研、生产在艰难中前进。国营伟建机器厂共生产7架份：静力试验1架（01号），整机2架（02、03号），进行大改发动机试验1架（04号），大部件3架（2架交江苏、1架交江西）；江苏常州变压器厂生产11架份；江西景德镇厂生产1架份。
直6直升机是我国为发展第二代直升机技术进行的积极探索，也是在自主研制直升机方面迈出的重要一步。该机荣获了1978年全国科学大会奖。