Машины, оснащённые ракетным вооружением, применяли как против наземных, так и против воздушных целей. Так, в одном из боёв лейтенанту Ф. Д. Межуеву удалось двумя РС-82 сбить истребитель, принятый им за He.113 (видимо, это был Bf.109F). При атаке техники на земле самолёты действовали с пологого пикирования, снижаясь с 1900–2000 м до 100–200 м.

Этот ЛаГГ-3, построенный на заводе № 31, был захвачен немцами.

Примером высокой эффективности боевого применения ЛаГГ-3 являлись действия 523-го иап, сформированного осенью 1941 г. в Горьковской области. Свой боевой путь он начал под командованием капитана С. А. Даниловича на Ленинградском фронте. С 3 октября по 26 декабря 1941 г. лётчики 523-го, прикрывая свои войска и штурмуя позиции противника, совершили 554 боевых вылета и провели 16 воздушных боёв, уничтожив 8 вражеских самолётов. При этом сами потеряли четыре истребителя и двух лётчиков. Как отметил в своём приказе командующий 54-й армией генерал ИИ. Федюнинский, благодаря действиям авиации враг был остановлен на подступах к Волховстрою, прижат к земле, а затем отброшен назад.

20 июня 1942 г. 523-й иап (после переформирования имевший двухэскадрильный состав) под командованием майора А. Е. Голубова прибыл на Западный фронт и вошёл в состав 234-й иад 1-й воздушной армии. Его разместили на аэродроме Рысня в Смоленской области. Воевать начали с 1 июля. В воздухе шли непрерывные бои с превосходящими силами противника. Каждому лётчику приходилось совершать до шести вылетов в день, а командирам эскадрилий — до десяти. Одновременно пилоты учились бомбить с пикирования. Те, кто уже умел это, применяли столь эффективную тактику на практике. 1 июля 1942 г. лётчики С. И. Харченко (командир группы), А. А. Лабутин, Д. К. Семенчук, Л. И. Коржиков и И. Т. Капилевич первыми в полку выполнили боевое бомбометание с пикирования. Удару подвергся эшелон с военной техникой на железнодорожной станции Зикеево.

В те дни наши войска вели наступательные операции. С 31 июля полк действовал на Ржевском направлении Калининского фронта, базируясь на аэродроме Микулино Городище. Всё светлое время суток лётчики прикрывали их с воздуха, сопровождали штурмовики, летали на разведку, бомбили и обстреливали противника. До 23 августа они 702 раза вылетали на боевые задания и в 103 воздушных боях уничтожили 34 вражеских самолёта, потеряв 23 ЛаГГ-3 и 10 пилотов.

Несмотря на ухудшавшиеся характеристики и постоянные жалобы лётного состава (аббревиатуру «ЛаГГ» лётчики-фронтовики нередко с горькой иронией расшифровывали как «лакированный гарантированный гроб»), ЛаГГ-3 продолжали строить. Количество их на фронте постоянно увеличивалось и на 1 мая 1942 г. достигло 544 машин (примерно 20 полков по штатам того времени).

Надо сказать, что для этого имелись определённые основания. В боях деревянный ЛаГГ-3 нередко демонстрировал редкостную прочность и живучесть. Об этом свидетельствует случай, происшедший с лётчиком Д. В. Симоновым. 12 августа 1942 г. его истребитель был подбит огнём зенитной артиллерии; пострадали масляная, гидравлическая и топливная системы, в фюзеляже зияла огромная пробоина, отсутствовала почти половина левой плоскости. Тем не менее Симонов сел на своём аэродроме, хотя потом самолёту потребовался ремонт в заводских условиях. Лётчик С. Ф. Кырчанов из 252-го иап таранил немецкий истребитель Bf.109. Цельнометаллический «немец» от удара разрушился, а деревянный советский самолёт благополучно приземлился.

ЛаГГ-3 из 66-й серии завода № 31, несущий стандартный камуфляж образца 1943 г., 9-й иап ВВС Черноморского флота.

Целый ряд полков успешно сражался на ЛаГГ-3. Значительных успехов достиг 131-й иап. В июне 1942 г. пара во главе с командиром этого полка майором В. И. Давидковым провела бой с четвёркой Bf.109. В итоге командир один немецкий самолёт сбил, а три других вышли из боя. 27 сентября того же года младший лейтенант К. А. Новичков протаранил вражеский разведчик FW.189, сумев при этом благополучно довести свою повреждённую машину до аэродрома и посадить её.

Отличились истребители ЛаГГ-3 также в боях за Крым и Кавказ. Приведём лишь несколько примеров. В конце июля 1942 г. старший сержант П. К. Бабайлов из 790-го иап отправился на отражение налёта на аэродром в районе Грозного. Это был его первый боевой вылет. В воздушном бою он сбил Bf.109, а затем, израсходовав боеприпасы, винтом отрубил хвостовое оперение ещё одного самолёта противника. Умелый лётчик долетел до аэродрома и приземлился. За ночь техники восстановили повреждённые воздушный винт и капот двигателя. На следующий день Бабайлов на отремонтированной машине опять участвовал в воздушном бою, одержав третью победу. Позднее, уже будучи командиром звена, лейтенант Бабайлов второй раз на ЛаГГ-3 таранил противника. Произошло это 21 ноября 1943 г. над Керченским полуостровом в районе села Султановка. В тот день отважный лётчик ударом винта разрушил вертикальное оперение бомбардировщика Ju.88 и благополучно вернулся на своей повреждённой машине.

В середине 1942 г. количество ЛаГГ-3 и Як-1 на фронте было примерно одинаковым. При этом продолжалось перевооружение полков, летавших ранее на И-16 и МиГ-3.

В октябре 1942 г. в Тбилиси облегчённые ЛаГГ-3 получили лётчики 166-го иап, которым командовал майор С. С. Римша. Этот полк затем участвовал в боях в составе 166-й дивизии. В том же месяце стали осваивать новые истребители в 3-м гв. иап ВВС Балтийского флота. 267-й иап начал переучиваться на ЛаГГ-3 в ноябре 1942 г. 3 марта 1943 г. полк получил приказ о перебазировании на аэродром Краснодар-Центральный, а спустя неделю уже открыл боевой счёт. В тот день 2-я эскадрилья группой из восьми истребителей под командованием капитана Черкашина вылетела на сопровождение дюжины Ил-2 из 503-го шап, штурмовавших восточную окраину станицы Абинская. При подходе наших самолётов к цели две пары Bf.109, прорвавшиеся сквозь верхний ярус прикрытия, попытались атаковать штурмовики. Черкашин, находясь выше врага, развил большую скорость, атаковал и сбил при наборе высоты ведомого второй пары противника. После этого неприятель немедленно вышел из боя.

Но мастерство пилотов не могло в полной мере компенсировать отставание ЛаГГ-3 по лётным данным от истребителей Люфтваффе. У самолёта выявились и другие недостатки. Машина была сложнее в пилотировании, чем Як-1 и Як-7, что сильно сказывалось в частях, где было много молодых, наскоро обученных лётчиков. Погоня за выполнением и перевыполнением плана в условиях, когда на заводах трудилось много малоквалифицированных женщин и подростков, отрицательно влияла на качество техники. В результате фиксировалась высокая аварийность. По данным ВВС, с июня по октябрь 1942 г. в небоевой обстановке произошло 18 катастроф, причём в шести случаях имело место разрушение крыльев, а в восьми — двуплечего рычага управления закрылками; добавим сюда шесть поломок, одну вынужденную посадку и 77 простоев боевых машин из-за неисправности материальной части.