ЛаГГ-3 значительно отличался по конструкции от самолетов И-153 и И-16. Поэтому обеспечить должное качество машин сразу не удалось, а с началом войны ситуация с качеством сборки ухудшилась в еще большей степени. В то же время самолеты принимались по упрощенной программе, поэтому все недостатки проявлялись уже в боевых частях. С фронта пошли многочисленные жалобы, а первую партию самолетов, выпущенную заводом № 21, пришлось вернуть изготовителю в полном составе. Перегревались двигатели, текли радиаторы и гидравлика, ломались толкатели закрылков, ненадежно работало главное шасси.
Много неисправностей устранялось непосредственно в боевых частях. С двигателей снимали часть панелей радиатора, совершенствовалась система амортизации радиатора. Одновременно составлялись отчеты для изготовителей.
Боевое крещение самолет ЛаГГ-3 принял 13 июля в районе Смоленска. В этот день пилот А. В. Бондаренко из 24-го ИАП сбил в районе Дорогобужа бомбардировщик Do-17Z.
Большинство полков получило самолеты ЛаГГ-3 уже в ходе боевых действий. В конце июля 1941 года 17-й ИАП, летавший на И-16, получил новые машины. На протяжении следующего месяца полк прикрывал переправы через Днепр в районе Кременчуга. Морская авиация до начала войны самолетов ЛаГГ-3 не получила. Лишь в августе 1941 года был сформирован 62-й ИАП ЧФ, укомплектованный инструкторами и выпускниками Ейского авиационного училища. Командовал полком полковник И. В. Шарапов. В состав 62-го ИАП входила одна эскадрилья ЛаГГов-3, которая с сентября 1941 года вела бои в районе Крыма.
Первые воздушные бои показали все достоинства и недостатки нового самолета. Несмотря на общую положительную оценку, ЛаГГ-3 нельзя было признать одним из лучших самолетов Второй Мировой войны. Часто самолет попросту использовался не по назначению, что также сказывалось на мнении пилотов о машине.
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.
