В работе над капотом должны были помочь результаты обдува прототипа № 6501 в аэродинамическом туннеле Т-104 в ЦАГИ. Испытания показали, что капот действительно сильно ухудшает аэродинамику самолета. Одновременно выяснилось, что требуется все же спроектировать новый фюзеляж, так как фюзеляж с фанерными обтекателями не годится. Работ не удалось закончить в связи с начавшейся эвакуацией завода № 1. Из планированной серии построили только три машины №№ 6503, 6504 и 6505. В Куйбышеве продолжались испытания второго прототипа. В январе 1942 году на нем начал полеты В.Н. Савкин.
В ходе испытаний выяснилось, что двигатель у самолета не перегревается, чем выгодно отличался от рядных двигателей, для которых перегрев был скорее нормой, чем недостатком. В штопоре МиГ-9 вел себя значительно лучше, чем МиГ-3. ОКБ-155 в Куйбышеве провело сравнительно немного времени и уже весной вернулось в Москву. Тогда на всех пяти имевшихся МиГах-9 произвели необходимую переделку.
Армейские испытания МиГа-9 проводились в 34-м ИАП из состава 6-го ИАК ПВО. В начале июня туда передали самолеты №№ 6503, 6504 и 6505. В ходе испытаний самолеты совершали обычные боевые вылеты. Самолет № 6502 передали в распоряжение авиационной инспекции ВВС, откуда он позднее попал в состав ГвИАП 6-го ИАП ПВО. 7 сентября этот самолет оказался в НИИ ВВС, где должен был пройти государственные испытания. Во время госиспытаний самолет был вооружен только крупнокалиберными пулеметами УБ. Ход испытаний, длившихся два месяца, отслеживал В.Е. Голофастов. В ходе испытаний самолет несколько раз возвращали в ОКБ-155 для устранения недостатков двигательной установки.
МиГ-3 ранней производственной серии, захваченный румынами.
В итоге МиГ-9 государственных испытаний не прошел. Он уступал по своим качествам самолетам Ла-5 и Як-7 с двигателем М-82. Максимальная скорость на высоте 6150 м у МиГ-9 составляла только 565 км/ч, тогда как Ла-5 развивал на высоте 6250 м скорость 580 км/ ч, а Як-7 на высоте 6500 м - 615 км/ч. В течение всех испытаний предъявлялись претензии к плохо спроектированной и сложной в эксплуатации двигательной установке. Армейские испытания трех предсерийных машин досрочно завершились 27 октября 1942 года. Причиной тому были упомянутые выше недостатки двигательной установки. Самолеты вернули в ОКБ-155 для устранения отмеченных недостатков.
Снова на фронте МиГи-9 появились в 1943 году. Три самолета №№ 6501, 6502 и 6503 с доработанной двигательной установкой 27 июня передали в 260-го смешанную авиадивизию в составе 7-й авиационной армии, действовавшей на Карельском фронте. Эксплуатация самолетов шла без особых проблем вплоть до полного износа, наступившего в 1944 году.
Спешное приспособление МиГа-3 под двигатель звездообразный двигатель оказалось неудачным. Требовалось спроектировать самолет сначала. Такое проектирование началось в ОКБ-155 в четвертом квартале 1944 года. На этот раз в качестве двигателя фигурировал М-82Ф стартовой мощностью 1850 л.с. Конструкцию самолета пересмотрели с целью максимально уменьшить его массу. В результате удалось выиграть 280 кг массы. Значительно поправили аэродинамику и герметичность планера. Маслорадиатор укрыли внутри фюзеляжа, а воздухозаборники вывели в крылья в месте стыка с фюзеляжем. Новый капот двигателя был спроектирован очень аккуратно. Самолет получил новое, облегченное шасси. Предкрылки отсутствовали. Горизонтальный стабилизатор подняли выше, а киль полностью перепроектировали. Вооружение самолета состояло из двух синхронизированных пушек ШВАК калибра 20 мм с боекомплектом 150 выстрелов на ствол. В таком варианте МиГ обозначался как И-211 или проект «Е».
Сборку прототипа И-211 закончили 28 января 1943 года. Наземные испытания начались 12 февраля, а 24 февраля первый полет на И-211 соверши В.Н. Савкин. Одновременно с началом испытаний приступили к сборке десяти предсерийных машин, обозначенных как МиГ-9Е. Но сборку не завершили, а все свидетельства о боевом применении этих МиГов не находят документального подтверждения.
Заводские испытания самолета И-211 завершили лишь в 1-м квартале 1944 года. Самолет получился удачным. На испытаниях он развил максимальную скорость 670 км/ч, а высоту 5000 метров набирал за четыре минуты. И-211 значительно превосходил Ла-5ФН, а Ла-7 незначительно уступал в скорости, превосходя его в скороподъемности. Но Ла-7, бывший развитием уже выпускавшегося Ла-5ФН, имел преимущество, поэтому до государственных испытаний и серийного производства И-211 дело не дошло.