Итоговые выводы комиссии оказались положительными. 5 мая директор завода № 21 Гостинцев и С. Лавочкин направили А. Шахурину письмо, в котором говорилось: «Государственные испытания ЛаГГ-3 с М-82, проводившиеся НИИ ВВС и ЛИИ НКАП на заводе № 21, закончены. В ходе испытаний были получены следующие основные характеристики:

1. максимальная скорость у земли – 515 км/ч;

2. максимальная скорость на высоте 700 м – 560 км/ч;

3. максимальная скорость на высоте 6450 м – 600 км/ч;

4. время набора высоты 5000 м – 6 мин при номинальном режиме и 5,2 мин на форсаже;

‹…›

9. ЛаГГ-3 с М-82 является серийным ЛаГГ-3 с измененной силовой установкой (мотор и винт).

Опытный самолет имеет определенные недостатки, которые легко устранимы в процессе серийного производства».

Окончательно судьба самолета была решена после личного доклада С. Лавочкина И. Сталину. Его результатом стал приказ ГКО № 1786сс от 20 мая 1942 года «О постройке самолета ЛаГГ-3 на заводе № 21» и дублирующий его приказ НКАП «О выпуске самолетов ЛаГГ-3 на заводе № 21», которыми отменялись предыдущие распоряжения о выпуске Як-7, ОКБ Лавочкина возвращалось в Горький, а начальнику 1-го Главного управления НКАП, директору завода и главному конструктору предписывалось «немедленно приступить к изготовлению ЛаГГ-3 с М-82».

В документах новый истребитель первоначально именовался ЛаГГ-3 М-82, или ЛаГГ-5, приказом НКАП от 8 сентября 1942 года ему было присвоено обозначение Ла-5.

Несмотря на то что самолет был построен на базе серийного ЛаГГ, тем не менее установка нового мотора потребовала от конструкторов значительного числа доработок: новой моторамы, лафета установки вооружения, изменения масляной и топливной систем, комплекта приборов, отработать технологию изготовления нового капота, решить проблему возросших нагрузок на органы управления. Заново предстояло изготавливать капот и выхлопную систему, состоящую из патрубков сложной формы.

А. Шахурин в своих воспоминаниях приводил слова профессора А.В. Чесалова из Летно-исследовательского института: «Когда мы поздно ночью уходили к себе в гостиницу, Лавочкин еще оставался на работе. Ему нужно было продумать полученные нашей группой результаты расчетов и летного эксперимента за минувший день, чтобы к утру следующего дня можно было сделать необходимые доработки по самолету… Короче говоря, он уходил с завода всегда на 2–3 часа позже нас, а когда мы утром появлялись на заводе, он уже был на месте и давал дополнительные указания своим подчиненным. Спал он эти недели, пока наша группа находилась на заводе, 2–3 часа в сутки, не более.

У этого человека была необыкновенная выносливость и работоспособность. Мы, отдыхавшие больше его, чувствовали себя обессиленными. Лавочкин с утра был всегда побрит, подтянут. Люди, не знавшие этой обстановки, никогда не поверили бы, что так может работать Главный конструктор… Он сам почти не спал и мало давал спать своим работникам. Другого выхода не было. В условиях мирного времени такая работа заняла бы не менее полугода вместо истраченных на нее двух недель».

Уже начиная с августа первые ЛаГГ-5 были отправлены для войсковых испытаний в 49-й иап 1 ВА Западного фронта и в полках 287-й иад 8 ВА на Сталинградском фронте.

Участие в боях показало, что несмотря на значительное улучшение характеристик истребителя, он тем не менее уступает в скорости и вертикальной маневренности истребителям Мессершмитта Bf.109F-4 и Bf.109G-2.

Следующим шагом совершенствования машины стала установка форсированного мотора М-82Ф, способного работать на взлетной мощности без ограничения времени, благодаря чему мощность на высоте 800 м возросла до 1760 л.с. Уже в декабре 1942 года на трех авиазаводах было начато производство Ла-5Ф. Прирост мощности ощутимо улучшил характеристики – скорость возросла до 560 км/ч у земли и 600 км/ч на высоте.

Заменой двигателя изменения не ограничились – в августе 1943 года в войсках появился Ла-5Ф с пониженным гаргротом и прозрачной задней частью фонаря, улучшавшей обзор. Сзади было установлено бронестекло толщиной 66 мм. Фонарь кабины оборудовали долгожданным механизмом аварийного сброса.

Удивительно, но с началом выпуска Ла-5 не было прекращено производство и модернизация ЛаГГов на заводе № 31 в Тбилиси. В первую очередь это являлось заслугой работавшего там В. Горбунова. При его активном участии в конструкцию был внесен ряд усовершенствований, взлетный вес ЛаГГ-3 последней – 66-й серии снизился до 2990 килограммов, на самолет установили форсированный двигатель М-105ПФ. Летные данные истребителя существенно улучшились, максимальная скорость достигла отметки 590 км/ч, скорость у земли 542 км/ч, а скороподъемность – 893 м/мин. Однако для противостояния современным самолетам противника в 1943 году даже этого было уже недостаточно. К тому же ЛаГГ имел только две огневых точки – пушку ШВАК и один пулемет БС.

Тем не менее последние 229 самолетов ЛаГГ-3 поступили в строевые части уже в 1944 году. В общей сложности до момента снятия с производства было выпущено около 6,5 тысячи ЛаГГов.

Тем временем продолжалось совершенствование Ла-5, в том числе стараниями моторостроителей. В начале 1943 года начались испытания истребителя с двигателем М-82НВ, на котором карбюратор сменила система непосредственного впрыска. Кроме этого, улучшили охлаждение цилиндров, усилили поршневую группу и внесли ряд иных изменений, в результате которых удалось не только за счет избавления от карбюратора повысить надежность и экономичность двигателя, но при незначительном увеличении массы поднять мощность на 150 л.с.