Несоответствие взлетного веса самолета мощности двигателя проявилось уже в первых полетах, и коллектив ОКБ-301 делал все возможное, чтобы улучшить характеристики машины. Одним из таких путей была установка более мощного двигателя. Задание на самолет ЛаГГ-3 с двигателем М-107П предусматривало в соответствии с постановлением правительства от 16 апреля 1941 года следующие характеристики: посадочная скорость – 140 км/ч, максимальная скорость самолета – не ниже 660 км/ч на высоте 6000 метров; время набора высоты 5000 метров – 5,5 минуты, практический потолок – 11 км и дальность – 1000 км. Кроме пушки калибра 23 мм в состав вооружения запланировали включить по паре пулеметов БС и ШКАС.
Первый опытный ЛаГГ-3 с двигателем М-107П построили во втором квартале 1941-го, но лишь 8 августа приказом НКАП летчиком-испытателем этой машины назначили Г.А. Мищенко. До конца года успели определить летные характеристики до высоты 4500 м. Начали строить и второй экземпляр машины, но вскоре прекратили из-за предполагавшегося внедрения этой модификации в серию. С оснащением ЛаГГ-3 мотором М-107 явно поторопились, поскольку двигатель работал в очень напряженном тепловом режиме и для его охлаждения не хватало площади ни водяных, ни масляных радиаторов. Более того, обнаружился задир поршней и ряд других дефектов. К лету 1942 года стало ясно, что этот мотор еще нужно доводить, и все работы по установке М-107 на самолеты отложили до лучших времен. Прекратили постройку и ЛаГГ-3 с высотной кабиной в связи с эвакуацией завода, изготавливавшего высотное оборудование.
Серийное производство истребителя проходило в тяжелых условиях, когда не хватало многих комплектующих изделий, и поэтому различные серии машин порой существенно отличались друг от друга. Например, завод № 21 первые три серии ЛаГГ-3 комплектовал четырьмя синхронными пулеметами ШКАС и БС (по паре) и одним крыльевым БК. С 4-й по 11-ю серию вооружение истребителя включало два синхронных ШКАСа и один синхронный БС, а в развале мотора стояла мотор-пушка МП-20 (ШВАК).
Если на опытной машине стояли одна 23-мм пушка и два крупнокалиберных пулемета БС, то на серийной № 312112 (завод № 21) – пара синхронных БС и крыльевые БК и два ШКАСа. На самолете четвертой серии того же завода – пушка ШВАК, синхронный БС, пара крыльевых ШКАСов и восемь реактивных снарядов РС-82. Такое непостоянство состава бортового оружия объясняется лишь трудностями военного времени и нерегулярностью поставок стрелково-пушечного вооружения с заводов, эвакуировавшихся на восток, а также, в ряде случаев, желанием облегчить машину.
С 18 августа по 23 сентября 1941 года ведущий инженер НИИ ВВС М.И. Таракановский и летчик-испытатель Чигарев провели контрольные испытания ЛаГГ-3 № 3121715 седьмой серии Горьковского авиазавода. Истребитель отличался от предшественников прежде всего другим составом вооружения.
ЛаГГ-3 с подвесными топливными баками
Контрольные испытания самолета четвертой серии (№ 3121422) показали, что его максимальная скорость снизилась до 503 км/ч. Это произошло из-за худшей отделки поверхности самолета (опытный образец был покрыт смоляным лаком ВИАМ-Б3 и отполирован), установки антенны и мачты радиостанции, искажения профиля и поверхности крыла, плохой подгонки капотов и люков, отсутствия щитков, закрывавших колеса в убранном положении шасси, и выколоток под ШКАСы. Не последнюю роль сыграли реактивные снаряды РС-82 и вес истребителя, возраставший от серии к серии.
На самолете № 3121715 в развале мотора М-105П с винтом ВИШ-61П установили пушку ШВАК с боезапасом 150 патронов, синхронный БС с 200 патронами и пару ШКАСов с общим боезапасом 1300 патронов. Летчика защищала 8,6-мм бронеспинка, а протектированные бензобаки имели систему нейтрального газа. Емкость бензобаков уменьшилась с 410 до 340 кг. Имелась радиостанция РСИ-4. На основных опорах шасси поставили более крупные колеса размером 650–200 мм, что, безусловно, повысило проходимость машины по раскисшему грунту.
И еще одно отличие. В фюзеляже по инициативе и при непосредственном участии НИИ ВВС (прежде всего техника-испытателя И.В. Жулева) за кабиной пилота сделали люк. Задуманный прежде всего для перевозки грузов до 80 кг и облегчения осмотра, а также ремонта внутрифюзеляжных коммуникаций, он в годы войны послужил и на ином поприще. Размеры люка позволяли свободно размещаться в фюзеляже человеку, последнее обстоятельство уберегло от плена многих летчиков, сбитых над территорией противника.
У самолета № 3121715 при весе 3280 кг максимальная скорость не превышала 549 км/ч, что связано с увеличением угла отклонения заслонки водорадиатора, искажения передней кромки крыла из-за большего размера колес, неубирающегося костыля и наружных балансиров руля поворота. Вдобавок в полете отсасывало посадочные щитки. Дефектов хватало, но надо учитывать, что на места высококвалифицированных рабочих, ушедших на фронт, пришли женщины и мальчишки, которым еще надо было учиться, гулять и хорошо питаться. Но война все перевернула.