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  中國軍隊在使用直-5的過程中,發現飛機存在發動機功率低、高溫高原效能差、載荷小等缺點,制約了對飛機的使用。為了滿足軍隊的使用需求,哈飛在1966年8月提出了「在直-5基礎上,採用792渦輪發動機(即後來的渦輪5渦輪發動機)」的改進方案。這個方案所製造的機型即是未來的直-6直升機。  在經過論證後,直-6最終被確定是在直-5基礎上改型設計和換裝發動機的、以空降為主的多用途中型直升機。

  方案提出後,哈飛使用直-5的後機身和手工生產的改進型前機身組合裝配了一架協調樣機,1967年3月完成裝配。1968年研製計劃獲批並被列入國家專案。中國直升機設計研究所負責該機設計,哈飛負責製造。哈飛共製造了4架直-6(6001、6002、6003和6004號機)。其中6001號機主要用於測試;6002號機於1969年12月初完成裝配,並於1969年12月15日首飛。  1970年,第三機械工業部(三機部)決定將生產從哈飛轉至昌河飛機製造廠;後來,在地方興起「大辦航空」的影響下轉至江蘇常州飛機廠;並以常州飛機廠為總裝廠,400多個工廠協作生產。  截至1976年,常州飛機廠共製造了11架直-6和18臺發動機;累計試飛362小時,臺架試機5000小時。1977年國務院和中央軍委批准設計定型。

  1972年8月7日上午,6002和6003號機從哈爾濱起飛,與常州生產的1架直-6會合後進行高溫高原地區試飛;試飛過程中,6002號機因發動機體內減速器抱軸卡死,在吉林公主嶺附近的劉房子公社迫降時起火,機上包括駕駛員傅貴法在內的6人全部遇難。空難後設計單位對直-6及發動機進行11項改進。  由於發動機功率不足、單個發動機使飛行安全不能得到有效保障等缺陷,軍隊最終放棄了用直-6代替直-5的計劃。1979年直-6停產,共生產15架。
直-6(Z-6)是中華人民共和國哈爾濱飛機製造廠(簡稱“哈飛”)在直-5直升機的基礎上進行改進的、以空降為主的通用直升機;是中國直升機從活塞到渦輪過程中的產物。