Планер ЛаГГ-3, проектировавшийся в расчёте на мощный мотор М-106, был слишком тяжёл для М-105П. Самолёту явно не хватало тяговооружённости. Несоответствие взлётного веса самолёта мощности двигателя М-105 проявилось уже в первых полётах, и коллектив конструкторского бюро делал всё возможное, чтобы привести в соответствие машину и её мотоустановку. С одной стороны, искали пути облегчения планера, с другой — изучали возможности монтажа альтернативных двигателей. В плане опытных работ завода № 21 на 4-й квартал 1941 г. значились два истребителя с моторами М-107П, самолёты с нагнетателем Трескина и высотной кабиной, а также вариант ЛаГГ-3 со звездообразным мотором воздушного охлаждения М-82, разработанный под руководством М. И. Гудкова.
Машина с двигателем М-107П должна была иметь посадочную скорость 140 км/ч, максимальную — не ниже 660 км/ч на высоте 6000 м; время набора высоты 5000 м — 5,5 мин, практический потолок — 11 000 м и дальность — 1000 км. Кроме пушки калибра 23 мм, в состав вооружения планировалось включить по паре пулемётов БС и ШКАС.
Первый опытный образец самолёта с двигателем М-107П построили ещё во 2-м квартале 1941 г., но лишь 8 августа приказом НКАП лётчиком-испытателем этой машины назначили Г. А. Мищенко. До конца года успели определить лётные характеристики до высоты 4500 м. С оснащением ЛаГГ-3 мотором М-107 явно поторопились, поскольку двигатель работал в очень напряжённом тепловом режиме, а для его охлаждения не хватало площади ни водяных, ни масляных радиаторов. Более того, обнаружился задир поршней и ряд других дефектов самого мотора. К лету 1942 г. стало ясно, что двигатель ещё нужно доводить, и все работы по установке М-107 на самолёты отложили до лучших времён.
ЛаГГ-3 29-й серии завода № 21 с подвесными баками.
ЛаГГ-3 29-й серии с мотором М-105ПФ на испытаниях в мае 1942 г.
Постройку ЛаГГ-3 с высотной кабиной прекратили в связи с эвакуацией завода № 482, который должен был её изготовить, а вот двухскоростной нагнетатель Трескина действительно установили на самолёт и облетали в 1-м квартале 1942 г. В ходе заводских испытаний нагнетатель заменили на трёхскоростной типа Э-42А, успев снять лётные характеристики лишь на двух его скоростях.
Сразу после начала войны планы всем заводам резко увеличили. При этом реально основная тяжесть легла на горьковский завод № 21. С сентября 1941 г. началась эвакуация предприятий из Ленинграда и Таганрога. Завод № 23 при этом был поглощён другим, и изготовление ЛаГГ-3 с сентября прекратил. Из Таганрога оборудование и рабочих перебросили в Тбилиси, но требовалось время для развёртывания производства. В Новосибирске параллельно с ЛаГГ-3 делали Як-7. Так что все эти предприятия, по сравнению с горьковским заводом, вносили очень небольшой вклад в поставки самолётов фронту. Завод № 21 на некоторое время стал вообще самым мощным предприятием в стране по выпуску истребителей. До конца 1941 г. он сдал 1445 ЛаГГ-3. Среди них 20 самолётов были вооружены пушками АП-37 (Ш-37) калибра 37 мм и ещё пять — различными пушками меньшего калибра, включая МП-6, ВЯ-23 и опытную пушку конструкции Салищева — Галкина. В единственном экземпляре построили двухместный пассажирский ЛаГГ-3 (№ 312129).