Поскольку Ла-5 представлял собой конверсию обычного серийного ЛаГГ-3 — весь планер самолета, за исключением носовой части остался идентичным планеру самолета с мотором водяного охлаждения, емкость топливных баков также осталась прежней. В отличие от ЛаГГов поздних серий прототип Ла-5 не имел автоматических предкрылков и убираемого хвостового колеса, но в ходе серийного производства на Ла-5 появились и предкрылки, и убираемое хвостовое колесо.

На прототипе устранили подфюзеляжный воздухозаборник системы охлаждения двигателя (для мотора с радиальным расположением цилиндров он был не нужен), обтекатель маслорадиатора уменьшенных размеров был сдвинут назад. Выхлопные патрубки двигателя объединялись в единую систему, выхлопы которой выводились по бортам фюзеляжа, на фюзеляже в местах отвода выхлопных газов устанавливались жаропрочные стальные накладки прямоугольной формы.

По сравнению с ЛаГГ-3 29-й серии длина Ла-5 несколько уменьшилась (с 8,81 м до 8,67 м), а взлетная масса возросла с 3160 кг до 3380 кг.

Боевой опыт выявил превосходство истребителей с пушечным вооружением над самолетами, оснащенными только пулеметами. Уроки войны нашли свое отражение в конструкции Ла-5 — прототип Ла-5 вооружили двумя 20-мм автоматическими пушками ШВАК, в то время как наиболее распространенным вариантом вооружения ЛаГГ-3 был следующий — одна пушка ШВАК и один пулемет Березина УБС калибра 12,7 мм. Казенные части пушек ШВАК выступали за обводы фюзеляжа и их пришлось закрыть вытянутыми каплеообразными обтекателями.

Заместитель Лавочкина на располагавшемся в Нижнем Новгороде государственном авиазаводе №.21 (ГАЗ № 21) Семен Михайлович Алексеев был полностью загружен работами по переделке конструкции истребителя под установку радиального мотора. Позже под руководством Алексеева будет создан преемник Ла-5 — истребитель Ла-7, после войны Алексеев возглавит собственное конструкторское бюро, где будет разработан двухмоторный реактивный истребитель И-211 (первый полет И-211 состоялся в декабре 1947 г.).

Заводские испытания показали, что от всех недостатков ЛаГГа на Ла-5 избавиться не удалось. На самолете провели ряд доработок, прежде чем новый истребитель в начале апреля 1942 г. предъявили на Государственные испытания в ЛИИ.

За счет большей мощности мотора М-82 более тяжелый, чем ЛаГГ, Ла-5 показал лучшие летные характеристики. Скорость на уровне моря возросла на 8 км/ч, на высоте 6450 м превосходство Ла-5 в скорости над ЛаГГом составляло 34 км/ ч. По скороподъемности Ла-5 также превосходил предшественника: Ла-5 набирал высоту 5000 м за шесть минут. Результаты были неплохими, если их сравнивать с другим критерием — трофейным немецким истребителем Bf-109G-2. Ла-5 лишь немного уступал Bf-109G-2, в то время как ЛаГГ-3 был с ним просто не сравним.

Испытания в ЛИИ продемонстрировали тотальное превосходство Ла-5 над ЛаГГ-3, показали, что самолета имеет значительный потенциал для дальнейшей модернизации. Достаточно продолжительное время Ла-5 и ЛаГГ-3 выпускались параллельно, и изменения в конструкцию планера обоих самолетов вносились одновременно.

Камуфлированный черной и черно-зеленой краской Ла-5Ф (бортовой номер «20» белого цвета» из эскадрильи «Валерий Чкалов» 159- го истребительного авиаполка. Черный/черно-зеленый камуфляж на истребителях Ла-5 встречался редко, базовым была окраски верхних поверхностей самолета в два оттенка серого цвети.

После летных испытаний было принято решение о запуске истребителя Ла-5 в серийное производство Первый серийный самолет бы выпущен в июле 1942 г. За исключение силовой установки и изменений в конструкции, связанных с установкой двигателя М-82, планер Ла-5 был идентичен планеру ЛаГГ-3 35-й серии, оба типа истребителей завод в Нижнем Новгороде некоторое время строил одновременно.

Серийные Ла-5 несколько отличались от прототипа, самое главное — вместо 1676-сильного М-82 (АШ-82) на серийных истребителях устанавливались новые моторы АШ-82А мощностью 1700 л.с. Выпуск АШ-82А начался в Перми в апреле 1942 г. Серийные истребители имели маслорадиаторы больших, чем прототип, размеров; в верхней части обтекателя двигателя появился воздухозаборник карбюратора, увеличились проходное сечение выхлопных коллекторов и размеры обтекателей над казенниками пушек.

Весна 1944 г., инструктаж перед боевым вылетом, на заднем плане — Ла-5Ф, на капоте отчетливо виден логотип «Ф».

Серийные Ла-5Ф появились на фронте поздней весной 1943 г. Большинство Ла-5Ф имели воздушные винты с черными лопастями и коком темно-зеленого цвета.

Максимальная продолжительная мощность двигателя на высоте 2050 м составляла 1540 л.с. Мотор М-82А комплектовался карбюратором АК-82БП, системой зажигания БСМ-14. регулятором сжатия РПД-1М, генератором ГС-350. Топливо поступало из пяти внутренних баков посредством помпы БНК-10. Двигатель М-82А работал на бензине с октановым числом 94. На серийный самолет, как и на прототип, устанавливался трехлопастной воздушный винт регулируемого шага ВИШ-105В в комплекте с редуктором Р-7.

Крыло серийных машин изменилось незначительно — слегка было доработаны предкрылки, а трубка приемника воздушного давления с носка правого крыла перенесена под плоскость; на внутренних секция элеронов появились триммеры; вместо индивидуальных заливочных горловин крыльевых топливных баков оставлено по одной общей на каждой плоскости, удалена посадочная фара в носке левого крыла.

Фюзеляж типа полумонокок конструктивно аналогичен фюзеляжу ЛаГГа — полностью деревянный с березовыми шпангоутами, стрингерами треугольного сечения и бакелитовой обшивкой.

Силовой набор фюзеляжа состоял из четырех главных лонжеронов. 14 стрингеров и 15 шпангоутов.

Использовавшаяся в конструкции самолета дельта-древесина разработана в ВИАМе, она представляла собой пять-восемь слоев березового шпона, пропитанных фенол-формальдегидной смолой ВИМА-ВЗ.

Дельта-древесина использовалась лишь в конструкции Ла-5 ранних выпусков, так как в состав ВИАМ-БЗ входили компоненты, импортировавшиеся из Германии, их запасы закончились, а поступление новых, по понятным причинам, не представлялось возможным. Элементы конструкции, выпускавшиеся из дельта-древесины, пришлось заменить обычной сосной. Двухлонжеронное крыло имело профиль NACA-23016, ближе к концам плоскостей использовался профиль NACA-23010, обшивка крыла имела толщину 3 мм. Элероны — металлические с полотняной обтяжкой. Цельнометаллические щитки могли отклонятся на угол в 50 град, на посадке и на 10–15 град, в бою для уменьшения радиуса виража.

Лучший ас союзников Иван Кожедуб сфотографирован ни фоне своего истребителя Ла-5Ф, на котором он летал в 240-м авиаполку.