Наладить поточное производство не удавалось. С выходом серийных самолетов и их поступлением в воинские части стали приходить пожелания и требования усилить вооружение и увеличить объем баков. Увеличение емкости бензобаков позволило увеличить дальность полета с 660 до 1000 км. Были установлены автоматические предкрылки, но в серии больше шли обычные самолеты. Заводы, выпустив около 100 машин ЛаГГ-1, начали строить его вариант — ЛаГГ-3. Все это по мере сил выполнялось, но самолет утяжелялся и летные качества его снижались. Кроме того, зимний камуфляж — шершавая поверхность окраски — ухудшил аэродинамику самолета (а опытный экземпляр темно-вишневого цвета был отполирован до блеска, за что его называли "рояль" или "радиола"). Общая культура веса в самолетах ЛаГГ и Ла была ниже, чем в самолетах Як, где она была доведена до совершенства. Но живучесть конструкции ЛаГГ (а затем Ла) была исключительной ЛаГГ-3 в первый период войны был одним из основных фронтовых истребителей. В 1941-1943 гг. заводы построили свыше 6,5 тыс. самолетов ЛаГГ.

Это был свободнонесущий низкоплан, имевший гладкие обводы и убирающееся шасси с хвостовым колесом; он был уникален среди истребителей того времени, потому что имел цельнодеревянную конструкцию, за исключением имевших металлический каркас и полотняную обшивку рулевых поверхностей; фюзеляж, хвостовое оперение и крылья имели деревянную силовую конструкцию, к которой были прикреплены с помощью фенол-формальдегидной резины диагональные полосы фанеры.

Было построено более 6500 самолетов ЛаГГ-3, причем поздние варианты имели убирающееся хвостовое колесо и возможность переносить сбрасываемые топливные баки. Из вооружения устанавливалась 20-мм пушка, стрелявшая через втулку винта, два пулемета калибра 12,7 мм (0,5 дюйма), и подкрыльные крепления для неуправляемых ракет или легких бомб.

Вооружение серийных ЛаГГ-3 состояло из одной пушки ШВАК , одного-двух БС и двух ШКАС , еще подвешивались 6 снарядов РС-82. Были еще серийные самолеты с пушкой 37-мм Шпитального Ш-37 (1942 г.) и Нудельмана НС-37 (1943 г.).