Пилоты часто летали с открытым фонарем кабины, так как фонарь заливало маслом из-под капота двигателя. Масло летело из подшипника на конце коленчатого вала двигателя. Чтобы защититься от масляных брызг, самолеты часто дополняли импровизированными заслонками, которые также ухудшали аэродинамику.
В конце июля 1941 года в один из полков, стоявших на аэродроме Сейм в районе Горького прибыла комиссия в составе С. Н. Шишкина, Н. Н. Поликарпова, А. Н. Журавченко и М. В. Келдыша. Комиссию интересовали результаты боевого применения нового самолета. Сохранились протоколы бесед с пилотами, капитаном Курочкиным, старшими лейтенантами Короткевичем и Федюриным, а также политруком Мальцевым, имевшими опыт боев на ЛаГГ-3. В итоговом отчете члены комиссии писали:
«Общая характеристика самолета ЛаГГ-3 положительная. Отмечалось, что ЛаГГ-3 перегоняет немецкий истребитель Мессершмитт Me-109; особенно это подчеркивалось для полетов у земли, где «ЛаГГ», по словам летчиков, «легко догоняет «Мессершмитта». Немцы, по словам капитана Курочкина, дали название машине «Черная смерть».
Отмечался хороший огонь самолета. По словам летчиков, вооружение работает удовлетворительно. Капитан Курочкин и лейтенанты Федюрин и Короткевич, которым приходилось участвовать главным образом в воздушных боях с бомбардировщиками, считают желательным замену двух ШКАСов, стоящих на самолете, лишним БС, с увеличением числа патронов для БС.
Политрук Мальцев, имевший дело с истребителями и наземными целями, сначала усомнился в целесообразности такой замены, но потом, отметив, что в основном приходится иметь дело с механизированными и танковыми частями, также присоединился к мнению своих товарищей. На вопрос тов. Поликарпова — члена комиссии — о желательном числе патронов для БС, летчики ответить не смогли.
В качестве отрицательных свойств самолета, как это отмечено в заключении комиссии, указывалось на легкий срыв самолета в штопор при резком перетягивании ручки на себя, на любых режимах полета. Все летчики подразделения, с представителями которого велась беседа, срывались в штопор в воздушных боях. Например, тов. Короткевич преследовал бомбардировщик Ю-88, заходя ему под хвост. При энергичном довороте истребителя вверх для стрельбы по противнику самолет ЛаГГ-3 свалился в штопор, а противник, воспользовавшись этим, ушел. Такой же случай имел место с лейтенантом Федюриным.
В воздушном бою с истребителем на карусели, по словам тов. Курочкина, перетягивание ручки для более крутого поворота приводило к сваливанию в штопор.
Тов. Мальцев рассказал, что в бою с истребителями, он хотел для захода под хвост порезче развернуться и сделал бочку на скорости 450 км/ч. По его мнению, вновь брать ручку резко на себя нельзя даже на такой скорости.
Подбитый «Юнкерc-88» снижался, преследуемый ЛаГГом и был «загнан в землю». После этого, имея высоту около 100 м, самолет «ЛаГГ» при попытке резкого выхода из пикирования свалился в штопор и разбился.
Летчики отмечали особую опасность легкого срыва в штопор, так как воздушные бои развиваются часто у земли, и хотя самолет легко выходит из штопора, но не всегда хватает высоты.
По мнению летчиков, немцы в последние дни заметили предрасположение самолета «ЛаГГ» к срыву в штопор и стали во время боя применять вертикальный маневр с уходом вверх. Этот маневр «Мессершмитт» выполняет надежно, ввиду наличия предкрылков, тогда как для «ЛаГГа» этот маневр угрожает сваливанием в штопор».
Самолеты ЛаГГ-3 поступали в состав авиации Северного фронта. Как следует из материалов комиссии, изучавшей новые типы самолетов на этом фронте (Пе-2, МиГ-3, ЛаГГ-3), работавшей в сентябре 1941 года, самолеты ЛаГГ-3 использовались на высотах до 3000 м, а в таких условиях использовалась только первая скорость наддува. Противник старался вести бой на малых скоростях, где «Мессершмитты» Bf-109E и F имели преимущество над ЛаГГами-3. ЛаГГ-3 медленнее выполнял фигуры высшего пилотажа, часто сваливался в штопор и с трудом из него выходил.
Осенью 1941 года истребители ЛаГГ-3 участвовали в воздушных сражениях в небе над Москвой. К моменту первого налета немецкой авиации на столицу Советского Союза ЛаГГи-3 поступили на вооружение только двух полков ПВО: 24-го и 233-го ИАП. 24-й ИАП базировался на аэродромах Инютино и Спас-Лыкштина. Он был полностью укомплектован ЛаГГами-3, хотя не все пилоты полка успели освоить новую технику. В 233-м полку на ЛаГГах-3 летала только одна эскадрилья, тогда как две другие эскадрильи летали на И-16 и МиГах-3. 31 июля в обоих полках было 37 ЛаГГов-3 в общей сложности. Позднее число истребительных полков на ЛаГГах-3 значительно возросло. Новые истребители получили 162-й, 168-й, 193-й, 431-й и 129-й ИАП, а позднее и 5-й ГвИАП. В составе 3-го полка разведывательной авиации имелась одна эскадрилья ЛаГГов-3, занимавшаяся сопровождением разведывательных Пе-2 во время боевых вылетов.
Самолет ЛаГГ-3 уступал истребителям противника, тем не менее советским пилотам удавалось одерживать победы. Например, летчики 178-го ИАП сбили в районе Москвы 15 машин противника.
Осенью 1941 года ЛаГГи-3 поступали во все новые и новые полки. В сентябре на Южном фронте приступил к боевым вылетам 149-й ИАП, имевший кроме ЛаГГов-3 МиГи-3. В сентябре также сняли с фронта 8-й ИАП, понесший в боях тяжелые потери. В 11-м резервном авиаполку получили из Таганрога новые ЛаГГи-3. После двух месяцев осваивания новой техники полк отправили на фронт как 74-й ИАП. В Горьком новые истребители получил 92-й ИАП, который в начале 1942 году прибыл на Волховский фронт. 5 декабря 1941 года на фронте действовали 263 самолета ЛаГГ-3 фронтовой авиации и авиации ПВО, а также 23 самолета морской авиации.
В связи с начавшейся эвакуацией промышленности на восток, темпы выпуска самолетов упали и на какое-то время ЛаГГ-3 стал самым распространенным типом истребителя советских ВВС. Например, на Калининском фронте в январе 1942 года самолет ЛаГГ-3 был наиболее многочисленным типом истребителя. Но в абсолютных цифрах ЛаГГов-3 было очень мало. Истребители использовались для ведения воздушных боев и нанесения ударов по наземным целям. Пушечное вооружение позволяло ЛаГГам-3 успешно перехватывать бомбардировщики и транспортные самолеты врага. 21 марта 1942 года в бою в районе Ржева пятерка советских истребителей перехватила группу из 30 немецких бомбардировщиков и без потерь со своей стороны сбила пять немецких машин. Вести бой с истребителями на ЛаГГе-3 было сложнее, но и в этом случае опытные сталинские соколы не только защищались, но и атаковали. Большая огневая мощь ЛаГГа-3 позволяла советским истребителям поражать бронированные самолеты противника.