В октябре того же 1940 года бюро Микояна был представлен и проект одноместного двухмоторного дальнего истребителя сопровождения. В отличие от ПБШ, этот самолет был построен и совершил первый вылет 11 июня 1941 года.

Истребитель ДИС-200 (или МиГ-5) был оснащен двигателями АМ-37 и должен был нести достаточно мощное вооружение: пушку МП-6 калибра 23 мм, два 12,7-мм пулемета БС и четыре 7,62 мм пулемета ШКАС. Практическая дальность полета составляла 2280 км, при испытаниях была достигнута скорость 610 км/ч. Тем не менее самолет был признан неперспективным для серийного производства. Причиной подобного решения, помимо недоведенности двигателя, послужил ряд выявленных при испытаниях недостатков самой конструкции. Кроме того, отказались и от завершения работ по пушке МП-6.

Работа над самим двухмоторным истребителем тем не менее была продолжена.

Согласно упомянутому ранее приказу НКАП № 438 от 13 мая 1941 года, КБ Микояна предписывалось установить двигатель М-82 сразу на два самолета КБ – МиГ-3 и МиГ-5.

Согласно плану, летные испытания МиГ-5 с М-82 должны были начаться в сентябре 1941 года. Однако начало войны и последовавшая вскоре эвакуация внесли свои коррективы подобно прочим и в деятельность КБ Микояна. Постройка самолета ИТ с моторами М-82 была завершена только осенью 1942 года. Кроме нового двигателя с четырехлопастным винтом, от предшественника истребитель отличался и более мощным вооружением, которое теперь состояло из двух 23-мм пушек ВЯ-23 и четырех 12,7-мм пулеметов БК. Самолет поднялся в воздух в конце января 1943 года. На испытаниях ИТ показал скорость 604 км/ч, скороподъёмность 794 м/мин и дальность полета до 2500 км. Однако проект двухмоторного истребителя в сложившихся условиях имел невысокий приоритет по сравнению с разработкой легких фронтовых машин, и испытания даже не были завершены.

Работа коллектива Микояна преимущественно сосредоточилась на задаче создания более совершенного самолета на базе МиГ-3. В частности, предприняли попытку вернуться к двигателю АМ-37, однако испытания самолета, получившего собственное обозначение МиГ-7, происходили неудовлетворительно, в том числе из-за неустойчивой работы двигателя, который в итоге был снят и передан для испытаний МиГ-5.

На одну из машин был установлен также и двигатель АМ-38. Самолет совершил более 20 вылетов, до того как 5 октября 1941 года был потерян – судя по выводам расследования, он был сбит в воздушном бою.

Как показали испытания, после незначительных изменений в конструкции – в частности усовершенствования системы охлаждения более мощного мотора – подобный вариант мог выпускаться серийно. Однако АМ-38 предназначался исключительно для штурмовиков Ил-2 и серийное производство с этим же мотором истребителей не представлялось возможным – хотя и встречаются упоминания о единичных случаях установки этих двигателей на серийные истребители во время заводского ремонта.

Как уже говорилось, следующим этапом модернизации машины стала установка мотора М-82. Двигатель с воздушным охлаждением потребовал более кардинальной переработки конструкции – в частности, расширения фюзеляжа, установки принципиально нового капота и связанных с этим изменений центроплана, доработке подверглось и оперение. Вооружение должно было включать в себя пять синхронных пулеметов – три УБС и два ШКАС. Расчетная скорость истребителя, получившего обозначение И-210, или МиГ-9[26], должна была достигать 630 км/ч на высоте 6500 м и 530 км/ч у земли, а скороподъемность 1020 м/ мин. Однако реальные данные самолета в испытательных полетах, начавшихся с 23 июля 1941 года, оказались намного ниже ожидаемых: так, скорость на высоте 5000 м едва доходила до 540 км/ч. На низкие показатели влиял целый ряд факторов – от несоответствия воздушного винта и несовершенных карбюраторов до неудовлетворительной герметизации фюзеляжа. Даже после доработок, как показали государственные испытания, проводившиеся уже в сентябре – октябре 1942 года, характеристики машины улучшились незначительно – в частности, скорость на высоте 6150 м не превышала 565 км/ч. Самолет явно уступал по всем показателям своим конкурентам – Ла-5 и Як-7. Однако хотя МиГ-9 получил негативную оценку и не был принят в серийное производство, ему все же довелось принять участие в боевых действиях: три истребителя, которые успели построить в качестве предсерийной партии, в июне 1943 года были переданы в состав 60-й смешанной авиадивизии 7-й воздушной армии Карельского фронта и применялись до 1944 года, когда были списаны вследствие износа.

Недостатки И-210 были максимально учтены в следующем варианте истребителя, построенном в начале 1943 года. Получивший индекс И-211 самолет был оснащен мотором М-82Ф и был вооружен двумя 20-мм пушками ШВАК. Была значительно улучшена аэродинамика машины, уделено внимание герметизации, установлен новый капот, внесены изменения в конструкцию системы охлаждения, шасси, оперения. Вес самолета при этом был снижен на 172 кг.

При заводских испытаниях были получены достаточно высокие показатели, в том числе скорость 670 км/ч и скороподъемность 1250 км/ч. Однако хотя характеристики нового МиГа и превосходили данные Ла-5ФН, они были сопоставимы с новым Ла-7, при этом истребители Лавочкина уже были освоены производством. В связи с этим И-211 даже не стали передавать на государственные испытания.

Одной из последних попыток модернизации МиГ-3 стал И-230, или МиГ-ЗУ. Конструкция самолета подверглась ряду существенных доработок, позволивших улучшить аэродинамику и на 150 кг снизить вес машины. Вооружение новой модификации составляли две 20-мм пушки ШВАК. Первый полет самолет совершил 31 мая 1943 года, в ходе испытаний была достигнута скорость 656 км/ч на высоте 7000 м, практический потолок составил 11 900 м, летчиками отмечалось улучшение пилотажных характеристик и более удобная кабина пилота. Однако доведение самолета до серийного выпуска при наличии в производстве истребителей Яковлева и Лавочкина все же сочли нецелесообразным. Было построено только шесть самолетов, четыре из которых были в августе 1943 года приняты в состав 12-го гв. иап.

Улучшить данные И-230 попытались установкой перспективного 1800-сильного мотора АМ-39. Во время испытаний, начавшихся в октябре 1943 года, была достигнута скорость 707 км/ч на высоте 7100 м, при этом высоту 5000 м самолет, получивший обозначение И-231, набирал за 4,5 мин. Однако ряд аварий и выход из строя мотора опытной машины не позволили завершить государственные испытания.

Летом 1941 года микояновцы начали работу и над проектом И-220 (МиГ-11) с улучшенной аэродинамикой и двумя пушками ШВАК в составе вооружения. В качестве силовой установки предполагался сперва АМ-37, а затем АМ-39. Однако из-за отсутствия этих двигателей к предварительным испытаниям весной 1943 года самолет приступил с мотором АМ-38, первый же вылет с наконец полученным АМ-39 состоялся уже в мае 1943 года. Опытный истребитель продемонстрировал скорость 697 км/ч на высоте 7800 м и скороподъёмность 975 м/мин (а на высоте до 5000 м – более 1100 м/мин). Высокие результаты самолет – несмотря на регулярно дававшие о себе знать проблемы все еще недоведенного двигателя – показал и во время государственных испытаний, проводившихся во второй половине 1944 года, при этом в состав вооружения истребителя предполагалось включить уже четыре 20-мм пушки. Однако, несмотря на положительные отзывы, испытания были прерваны – к этому времени основным направлением работы ОКБ-155 – как вскоре стало именоваться бюро под руководством А. Микояна – стало создание высотных перехватчиков.