Вооружение самолетов первых трех серий состояло из пяти пулеметов – одного БК (вместо пушки), двух БС и двух ШКАС. Интриги и технические трудности, связанные с разработкой пушки МП-6, привели к аресту Л.Г.Таубина и прекращению работ по новой авиационной скорострельной пушке. Контрольные испытания (КИ) ЛаГГ-3 первой серии закончились в НИИ ВВС 20 июня 1941 г., фактически это были государственные испытания, поскольку первый раз госиспытания И-301 не прошел. В ходе КИ удалось выявить массу конструктивно-производственных и эксплуатационных дефектов, устранять которые пришлось уже во время войны. В процессе производства истребителей ЛаГГ-3, начиная с 4-й серии, центральный БК заменили пушкой ШВАК (при этом правый БС пришлось снять), а под плоскостями крыла оборудовали узлы подвески реактивных снарядов и бомб (три -четыре PC под каждой плоскостью или по одной бомбе). Установка на крыльях автоматических предкрылков (впервые появились на ЛаГГ-3 15- й серии) позволила улучшить маневренность самолета в горизонтальной плоскости – хоть частично компенсировать рост массы и ухудшение аэродинамики серийных ЛаГГов.
Лавочкин, Горбунов и Гудков занимались совершенствованием истребителя практически независимо друг от друга. Наибольшее количество модификаций ЛаГГа внедрил в серийное производство Горбунов на заводе № 31, эвакуированном во время войны в Тбилиси. Выпуск ЛаГГов прекратили там только в 1944 г. В 1942 г. в Тбилиси в ограниченном количестве выпускался "облегченный" ЛаГГ-3 с двигателем ВК- 105ПФ. Эпопея борьбы за экономию массы была связана со значительным отставанием советских истребителей Як и ЛаГГ от Bf 109 по максимальной скорости полета и скороподъемности. С отечественных истребителей снимали все, что можно снять: кислородное оборудование; "лишние" пулеметы, в случае ЛаГГа – ШКАСы и один БС. Начиная с 11-й серии ЛаГГи были вооружены только пушкой и крупнокалиберным пулеметом, в конце 1943 г. на самолеты вновь стали ставить второй БС. Ниже приведен состав вооружения для некоторых серий ЛаГГ-3: серии 11, 23, 32, 42 – пушка и один БС; серии 4,41 – ШВАК, БС и два ШКАС; серия 34 – пушка НС-37 и один БС.
В полевых условиях вооружение иногда усиливали за счет установки двух БС в гондолах под крылом.
Выпуск истребителей ЛаГГ-3 заводами НКАП СССР
Первый ЛаГГ-З с двигателем М-82 завода №21
Еще одним путем облегчения истребителя стало уменьшение запаса топлива, то есть – возвращение к исходному, трехбачному, варианту ЛаГГа. Сначала емкость каждого крылевого бака уменьшили на 40 л (с 7 -й серии), на ЛаГГах 11-й серии крыльевые баки не устанавливались совсем – для компенсации встроенных крыльевых баков предлагалось использовать подкрылье- вые подвесные сбрасываемые бачки емкостью по 100 л, однако широкого распространения они не получили.
Последней, наиболее совершенной модификацией стал ЛаГГ-3 66-й серии, на котором были внедрены рекомендации ЦАГИ в области аэродинамики планера самолета; ЛаГГи 66-й серии строились в Тбилиси с весны 1943 г. до середины 1944 г.
Предпринимались попытки повысить характеристики ЛаГГа за счет установки более мощных моторов М-105ПФ и М-107, однако из-за ненадежной работы двигателя в серию истребители с М- 107 не передавались. С моторами М-107 изготовили два самолета (ЛаГГ-3Ф), первый совершил по программе летных испытаний 33 полета (отказы двигателя происходили в каждом полете), второй – 43. Испытания ЛаГГ-3Ф проводил Юрий Константинович Станкевич.
Начиная с 28 и по 66 серии на ЛаГГ- 3 ставились форсированные моторы М- 105ПФ. На летных испытаниях летом 1943 г. ЛаГГ-3 с М-105ПФ показал максимальную скорость на 25-28 км/ч больше, чем серийные машины; увеличились потолок и скороподъемность. Мощность мотора М-105ПФ по сравнения с М-105 была несколько больше, 1180 л.с. против 1050 л.с. на высоте 2200 м. Один истребитель был построен с мотором М- 105ПФ2, мощностью 1240 л.с., на испытаниях самолет показал скорость 618 км/ч.
Ограниченная серия ЛаГГ-3 была построена в варианте разведчика с одним фотоаппаратом АФА-1, установленным в фюзеляже.