Эго случилось в тот момент, когда работы по ЛаГГ-3 с мотором М-82 уже близились к завершению. Условия, в которых работали преданные Лавочкину специалисты, так описывались в воспоминаниях В. П. Ефремова: «Лавочкин был лишен даже бензина, за которым приходилось ходить на заводской аэродром. Конструкторам приходилось вести свои работы в тайне и поверх кáлек с узлами ЛаГГ-3 с М-82 накалывать чертежи Як-7. В случае опасности они делали вид, что разбираются с документацией Яковлева».
Несмотря на все препятствия 21 марта 1942 года ЛаГГ-3 был передан ЛИС (летно-испытательной станции) завода № 21 для подготовки и проведения летных испытаний. Первые испытательные полеты выполнил заводской летчик-испытатель Василий Яковлевич Мищенко. Он выявил ряд серьезных недостатков: большие нагрузки на органы управления, так что дальнейшие полеты пришлось прекратить. Тем не менее, летчик считал, что новая машина значительно превосходит ЛаГГ-3 по скорости и скороподъемности. Сообщения об обнадеживающих результатах были отправлены в соответствующие инстанции: Лавочкин доложил наркому Шахурину, а по «политическим» каналам действовали Первый секретарь Горьковского обкома М. И. Родионов и Первый секретарь Пермского обкома М. И. Гусаров, обратившиеся лично к Сталину.
Серийный Ла-5 отличался от прототипа только воздухозаборником над двигателем, металлическими листами на борту, позади выхлопных патрубков, обтекателями пушек и модифицированными створками шасси.
Это быстро дало результаты, и уже 11 апреля 1942 года вышел совместный приказ Командующего ВВС РККА и НКАП № 061/271с, обязывавший начальника НИИ ВВС П. И. Федорова и начальника ЛИИ НКАП А. В. Чесалова провести объединенные «Испытания по определению тактических и технических характеристик самолета ЛаГГ-3 с М-82».
В состав испытательной бригады входили летчики и ведущие инженеры А. П. Якимов и В. Н. Сагинов от ЛИИ, А. Г. Кубышкин и А. Н. Фролов от НИИ ВВС. Начало испытаний было запланировано на 21 апреля, а окончание — на 25 апреля 1942 года. Испытательная бригада прибыла в Горький 20 апреля, но оказалось, что Лавочкин должен на следующий день отбыть к месту нового назначения в Тбилиси, где уже находился Алексеев. Сагинов добился от Шахурина, чтобы Лавочкину позволили оставаться в Горьком до завершения испытаний. Еще одной проблемой стал выбор подходящего аэродрома — заводской был непригоден для полетов из-за весенней распутицы. Летное поле было найдено в нескольких километрах от завода, но подходящим его можно было назвать с натяжкой — одна бетонная ВПП была затоплена, вторая — незакончена, а по краям обеих стояли самолеты полка ПВО. На аэродроме не было никаких построек, и в качестве штаба использовали «полуторку» ГАЗ-АА с брезентовым тентом. На аэродром прислали цистерны с бензином и маслом, а персонал доставляли по воздуху на поликарповских бипланах По-2.
Испытания начались 22 апреля 1942 года. Оба пилота подтвердили проблемы с перегревом двигателя. Кроме того, было затруднено управление его оборотами. Кубышкин чуть не разбил самолет из-за отказа щитков, а финальная фаза обоих полетов скорее походила на хорошо выполненную вынужденную посадку. Но оба пилота не «предали» самолет, несмотря на неприятности, увидев его большой потенциал. Фролов и Сагинов прервали испытания на десять дней, до 2 мая 1942 года.
За это время маслорадиатор от мотора М-105, не справлявшийся с отводом тепла от мощного М-82, заменили на новый, большей площади. Этой замене предшествовала драматическая операция по «заимствованию» радиатора ОП-293 от мотора М-107, предназначенного для строившегося на заводе № 21 истребителя Яковлева. Несмотря на неодобрение Лавочкина, его коллеги демонтировали радиатор и за два дня изготовили для него новый обтекатель. Также изменили конструкцию всасывающих патрубков мотора. Первоначально она состояла из трех труб позади переднего кольца капота: одной сверху и двух по бортам. После доработки боковые патрубки устранили, оставив только верхний увеличенного сечения, обтекатель которого стал выступать за обводы капота. Изменения также внесли в конструкцию посадочных щитков и некоторых других элементов. Первый полет модернизированного прототипа, проведенный В. Я. Мищенко, показал, что доработки положительно сказались на летных характеристиках машины.
Летные испытания возобновились 3 мая 1942 года, их проводила комиссия в том же составе. Первым взлетел Якимов, и на сей раз, все прошло гладко. Все задачи летных испытаний были успешно решены, хотя не обошлось и без проблем: отмечались утечки из гидравлической и топливной систем.
Пилоты-инженеры Сагинов и Фролов выполнили необходимые измерительные полеты, например, на определение взлетных и посадочных характеристик. При этом для измерений зачастую использовались самые примитивные средства — секундомер и глаз. Пилоты самостоятельно устанавливали на самолет контрольную аппаратуру и сами обрабатывали полученные результаты. Однако все препятствия остались позади, и 6 мая 1942 года комиссия завершила летные испытания, за время которых было выполнено 26 полетов.
В это время шел новый раунд «бумажной» войны. Уже 5 мая директор завода № 21 Гостинцев вместе с Лавочкиным, несколько опережая события, докладывали в письме А. И. Шахурину: «Государственные испытания ЛаГГ-3 с М-82, проводившиеся НИИ ВВС и ЛИИ НКАП на заводе № 21 закончены. В ходе испытаний были полечены следующие основные характеристики:
1. максимальная скорость у земли — 515 км/ч;
2. максимальная скорость на высоте 700 м — 560 км/ч;
3. максимальная скорость на высоте 6450 м — 600 км/ч;
4. время набора высоты 5000 м — 6 мин при номинальном режиме и 5,2 мин на форсаже;
…………………
9. ЛаГГ-3 с М-82 является серийным ЛаГГ-3 с измененной силовой установкой (мотор и винт).
Опытный самолет имеет определенные недостатки, которые легко устранимы в процессе серийного производства.
Проведенные испытания показывают необходимость принятия на вооружение ВВС РККА самолета ЛаГГ-3 с мотором М-82, вооруженного двумя пушками».
Уже 12 мая 1942 года представители НИИ ВВС и ЛИИ представили подробный отчет об испытаниях ЛаГГ-3 с М-82. После сбора всей необходимой информации, 17 мая 1942 года, Шахурин совместно с командующим ВВС РККА маршалом Новиковым и Главным инженером ВВС Репиным обратились с письмом к Сталину.
Ответ Сталина от 18 мая был как холодный душ: «Товарищ Шахурин, слишком рано говорить о серийном производстве, поскольку недостатки должны быть обязательно устранены и самолет, несомненно, еще не готов для запуска в серию». В письме Сталина, как вскоре выяснилось, было много правды. Шахурин, Новиков и Репин в тот же день послали письмо № 2823, содержавшее детальное описание тактических и технических характеристик самолета ЛаГГ-3 с мотором М-82. В конце они также упомянули недостатки самолета:
1. Велика нагрузка на органы управления, особенно при переходе из одного виража в другой, противоположного направления.
2. Отсутствие лобовых жалюзи капота приводит к переохлаждению мотора при работе на малом газу в планирующем полете.
3. Не готова система управления мотором на малых оборотах.
В письме также говорилось, что Лавочкин обязуется устранить эти недостатки в течение одного-двух месяцев. В заключении письма авторы указывали, что благодаря незначительным модификациям (по отношению к ЛаГГ-3 с М-105) и большому заказу моторов М-82 на заводе № 19 целесообразно начать серийный выпуск истребителей ЛаГГ-3 с М-82.
Сталин отреагировал на это письмо вызовом Лавочкина в Кремль. После короткого ознакомления с отчетом Лавочкина, который был поддержан Шахуриным и секретарями областных парторганизаций Гусаровым и Родионовым, Сталин принял окончательное решение. На следующий день вышел приказ ГКО № ГКО-1786сс «О постройке самолета ЛаГГ-3 на заводе № 21», в соответствии с которым ОКБ Лавочкина возвращалось на 21-й завод, который возобновил выпуск ЛаГГ-3.