В декабре 1940 года Лавочкин представил в 7-е Главное управление НКАП всю необходимую документацию для получения разрешения на первый полет второго И-301 с двумя турбокомпрессорами. К этому времени началась подготовка к серийному производству истребителя сразу на нескольких заводах, и заканчивать государственные испытания пришлось уже на серийной машине, выпущенной заводом № 21. В соответствии с постановлением правительства и приказом НКАПа от 9 декабря 1940 года самолет И-301 переименовали в ЛаГГ-1, а его улучшенный вариант – в ЛаГГ-3. В начале декабря 1940 года вторую опытную машину по распоряжению заместителя наркома авиационной промышленности П.А. Воронина хотели передать в Горький для ознакомления с ним сотрудников завода с последующим препарированием. Но вмешательство А.С. Яковлева фактически спасло ее. В начале 1941 года в Горький выехала испытательная бригада НИИ ВВС во главе с ведущим инженером М.И. Таракановским. Ведущим летчиком-испытателем был А.И. Никашин.

В заключении отчета по результатам совместных с промышленностью испытаний, завершившихся в апреле 1941 года, отмечалось, что на самолете штопор до двух витков с недобранной ручкой и пикирование до скорости 700 км/ч по прибору безопасен. Там же рекомендовалось устранить выявленные ранее недостатки. А что еще мог рекомендовать ведущий институт ВВС, когда решение о принятии на вооружение самолета принималось в Политбюро ВКП(б)?

Первым осваивать серийное производство И-301 начал ленинградский завод № 23, куда, как уже говорилось, направили Лавочкина. На декабрь 1940 года предприятию запланировали построить пять истребителей ЛаГГ-1. Но серийные машины стали покидать заводские цеха лишь в следующем году и в варианте ЛаГГ-3. До эвакуации ленинградцы смогли сдать заказчику лишь 65 истребителей. С января 1941 года производство ЛаГГ-3 развернулось заводом № 21 в Горьком, ставшем головным, через месяц к выпуску истребителя подключились заводы № 31 в Таганроге и № 165 в Ростове, а с мая и 153-й завод в Новосибирске. В марте нарком Шахурин предложил развернуть изготовление ЛаГГ-3 на заводе № 600 в Китае, но по непонятным причинам эта идея не нашла поддержки в правительстве. В 1942 году производство, параллельно с ремонтом ЛаГГ-3, освоил и 301-й завод. А дельта-древесину изготавливали восемь заводов.

Первый, еще не окрашенный ЛаГГ-3 в сборочном цехе завода № 31

ЛаГГ-3 считался цельнодеревянным самолетом, исключение составили лишь лонжероны, носки крыла и некоторые мелкие детали из дельта-древесины, а также металлические каркасы рулей высоты и поворота, обтягивавшиеся перкалью. Головному серийному заводу № 21 пришлось несколько перестроить производство. Дело в том, что на ранее выпускавшемся истребителе И-16 (тип «29») 10 процентов планера приходилось на деревообработку, а 32 процента – на изготовление деталей и агрегатов из алюминиевых сплавов. При освоении ЛаГГ-3 (тип «31») все было наоборот. Свыше трети объема производства занимали деревянные агрегаты, а 12 процентов – дюралюминиевые.

Первый серийный самолет поднял в воздух 23 января летчик Никашин, а спустя два месяца ЛаГГ-3 стали осваивать военные летчики 24-го иап. Тем временем весной 1941 года на подмосковном аэродроме Монино успешно завершились сравнительные летные испытания на штурмовике Ил-2 пушек с ленточным питанием МП-6 и ВЯ-23 Волкова и Ярцева. Последняя показала явные преимущества и была принята на вооружение, а МП-6 вскоре сняли с производства. Надо отметить, что МП-6 хотя и с небольшим боекомплектом (81 патрон), но вполне устраивала ВВС для истребителей, а пушка ВЯ так и не нашла применения, за исключением штурмовика Ил-2.