Внесенные изменения в конструкцию привели к росту массы самолета: с 3099 кг для МиГа-1 до 3355 для МиГа-3. Это почти не сказалось на скоростных качествах самолета. МиГ-3 развивал 640 км/ч на высоте 7800 м. Но ухудшилась скороподъемность. Высоту 8000 м самолет набирал на 1,71 мин дольше. При этом на самолетах стояли улучшенные винты ВИШ-61Ш.

Пилотажные качества самолета практически не изменились. Запас устойчивости при положении ручки «от себя» в горизонтальном полете оставался как на МиГ-1, а при наборе высоты даже уменьшился. В штопоре «тройка» вела себя как «единица» - после двух витков самолет можно было легко перевести в горизонтальный полет. Фигуры высшего пилотажа оба самолета выполняли одинаково, с той разницей, что из-за возросшей массы у МиГа-3 ощущалась большая нагрузка на ручке, которая приводила к более раннему утомлению пилота.

Испытания вооружения на обоих МиГах прошли без проблем. Все случаи заклинивания оружия объяснялись попаданием бракованного выстрела. Выбрасыватели гильз и звеньев лент работали без проблем. Пневматическое устройство перезарядки также не вызвало никаких нареканий. Также безотказно отработали программу и бомбодержатели.

И на «единицу» и на «тройку» ставили одну и ту же радиостанцию РСИ-3 радиусом действия 150 км, большим, чем у радиостанции на И-200. Наибольшие нарекания в ходе испытаний обеих версий МиГа вызвал пропеллер ВИШ-22Е, малоподходящий к двигателю АМ-35А. Винт имел ограниченный диапазон переключения шага - только 20º (от 24º до 44º), что не позволяло полностью использовать мощность двигателя и ограничивало допустимый угол пикирования. Уже при пикировании под углом 50гр-60гр винт начинал крутиться быстрее, чем вал двигателя, что могло привести к выходу двигателя из строя. Хотя завод № 1 получил указание ставить на самолеты новые винты, вплоть до июля 1941 года самолеты комплектовались винтом ВИШ-22Е.

Летчики-испытатели также жаловались на недостаточную эластичность двигателя. Случалось, что при резком форсаже двигатель глох.

Главным пунктом программы испытаний МиГа-3 были полеты на максимальной высоте. Длина трассы составляла 710 км, перелет производился на высоте 7800 м. При максимальных оборотах двигателя 1950 об./мин самолет летел со скоростью 0,9 от максимальной, то есть 574 км/ч. Двигатель АМ-35А, изготовленный московским заводом № 24, не был оснащен высотным корректором, оптимизирующим расход топлива, так как по инструкции, корректор следовало применять на высотах более 8000 м.

Немецкий солдат в кабине МиГа-3.

Первым полетел самолет № 2115. При приземлении в баках самолета оставалось 84 кг, в том числе 34 кг мертвого объема. Из залитых 463 кг бензина израсходовалось 379 кг. С учетом оставшихся 50 кг дальность самолета составила 820 км. Перелет состоялся 22 февраля 1941 года.

Самолет № 2107 совершил свой первый перелет 17 марта. Перелет совершался на той же высоте и с той же скоростью, но при режиме двигателя 1859 об./мин. На следующий день самолет отправился в полет по тому же маршруту, что и № 2115. Из 463 кг бензина осталось 90 кг, в том числе 26 кг мертвого объема. При пересчете оставшегося бензина дальностью полета составила 875 км. До требуемых 1000 км не хватало 180 или 143 км.

Одной из причин нехватки дальности полета был перерасход топлива двигателем, который превышал паспортный на 10-15%. Свой вклад вносила и ошибка в конструкции топливных баков, из-за которой возникал мертвый объем, который невозможно было использовать в полете.

Авиация требовала от изготовителя довести дальность полета истребителя до положенных 1000 км. Изготовитель всячески пытался отвертеться. В письме от 4 апреля 1941 года главный конструктор А.И. Микоян и его заместитель М.И. Гуревич подчеркнули свою позицию. 463 кг топлива при расходе 0,460 кг/км должно хватить на 1010 км. При этом нормы расхода приняты увеличенными, учитывая реальные условия эксплуатации. В ходе испытаний в Крыму на новом двигателе был показан расход 0,380 кг/км. Самолеты, участвовавшие в испытаниях, оснащались двигателями, уже значительно выработавшими свой ресурс (ресурс двигателя АМ-35А составлял только 50 ч), а сами испытания проводили зимой, в условиях центральной полосы. В результате расход вырос до 0,480 кг/км. Не использовалось и высотного корректора.

Было решено провести еще одно испытание. Для него выбрали самолеты № 2592 и 2597 с установленными корректорами. Датой испытания назначили 19 апреля.

Первый самолет (№ 2592) заправили 464,3 кг бензина. На трассе длинной 1100 км самолет на заданном потолке пролетел 1015 км. Остальные километры ушли на набор высоты 7300 м и снижение перед посадкой. Скорость перелета составила 575 км/ч при 1920 об./мин. При посадке в баках оставалось 60,3 кг бензина. Таким образом, дальность полета на высоте 7300 м составила 1180 км, а общая дальность - 1265 км.

Второй самолет (№ 2597) заправили 469,5 кг топлива. Дальность полета составила 970 км при скорости 574 км/ ч и 1850 об./мин. Высота полета составила 7280 м, на этой высоте самолет пролетел 790 км. После посадки в баках оставалось 86,6 кг топлива. При пересчете дальность перелета на заданной высоте составила 1015 км при общей дальности 1195 км.

Таким образом, было доказано, что самолет может перелететь 1000 км на одной заправке, при условии нормальной погоды и использования высокооктанового бензина.

Кроме простых перелетов также проводились испытания, в ходе которых имитировалась работа двигателя в условиях реального боя. Такие испытания проводились в Каче в Крыму. 13 марта 1941 года на самолете № 2147 А.Н. Екатов исследовал расход топлива при наборе высоты с максимальной скоростью.

Во время быстрого набора высоты разрушился ротор наддува. Существуют две версии того, что произошло дальше. По одной версии обломок ротора пробил фюзеляжный бензобак навылет, попал в кабину и убил пилота. По другой версии толчок в момент аварии был настолько сильным, что пилот ударился головой о стенку кабины и потерял сознание. Потерявший управление самолет рухнул на землю.

Гибель известного пилота Екатова получила резонанс. Расследование, проведенное на заводе № 24 показало, что ротор наддува был изготовлен из сплава АК-1. Данный сплав обладал запасом прочности при вращении 2050 об./мин, но на максимальных допустимых оборотах 2350 об./мин запас прочности сокращался до 6%. Кроме того, данный сплав характеризовался быстрым нарастанием усталости.

Все эти события спровоцировали новые чистки в НИИ ВВС. Начальник института генерал-майор А.И. Филин был расстрелян, начальник штаба НИИ ВВС, начальники отделов и многие другие руководители лишились своих должностей, как несоответствующие им.

Из всей этой истории с прибылью сумел выйти один Яковлев. Он не стал наращивать дальность И-26, зато стал рекламировать свой самолет как самый маневренный и простой в пилотаже. Правда, на всякий случай он спроектировал модификацию И-30 с баками достаточного объема. Предполагалось, что этот самолет должен заменить на сборочных линиях И-26 (Як-1).