Ограниченная серия ЛаГГ-3 была построена в варианте разведчика с одним фотоаппаратом АФА-1, установленным в фюзеляже.
Можно выделить три пути совершенствования ЛаГГ-3: «облегчение» за счет снятия оборудования и вооружения, увеличение мощности силовой установки (в конченом итоге этот путь оказался наиболее эффективным и привел к по явлению Ла-5), увеличение огневой мощи за счет установки 37-мм пушки.
Первым установил осенью 1941 г. пушки Шпитального Ш-37 на три серийных ЛаГГа Гудков. Самолеты прошли успешные фронтовые испытания под Вязьмой.
В 1942 г. в Горьком выпустили серию ЛаГГов с пушками Ш-37, но сама пушка оказалась неудачной и технологически сложной.
В середине 1942 г. под руководством Лавочкина проводились работы по установке на истребитель пушки Нудельмана/Суранова НС-37. В декабре 40 ЛаГГ-3, вооруженные НС-37, отправили на Сталинградский фронт.
Все три запущенных в серию пред военных советских истребителя имели двигатели водяного охлаждения. Нет необходимости останавливаться на при чинах такого выбора, важно отметить, что в двигателях водяного охлаждения авиапром испытывал недостаток (яркое свидетельство — прекращение производства МиГ-3 в пользу Ил-2), в то время как «звезды» воздушного охлаждения М-82 в буквальном смысле было некуда девать. Выпуск разработанных под этот двигатель бомбардировщиков Су-2 и Ту-2 собирались прекращать (массовое производство Ту-2 еще и не начиналось). Секретарю пермского обкома партии Н. И. Гусарову, выпускнику МАИ, удалось «пробить» наверху решение заказать под М-82 варианты истребителей МиГ, Як и ЛаГГ.
Впрочем, конструкторы истребителей, особенно ЛаГГа, сами проявляли интерес к звездообразному мотору воздушного охлаждения. ЛаГГ получился более тяжелым по сравнению с «Яком», а моторы на истребителях стояли одинаковые — М-105; неудивительно, что «летчикам больше нравились Яки». Надежды на радикальное повышение мощности М-105 были весьма призрачные, а вот установка М-82 сулила прибавку в триста лошадиных сил и повышение живучести при попаданиях пуль и снарядов в двигатель. Правда, возрастало лобовое сопротивление самолета за счет большего миделя двигателя воздушного охлаждения, тем не менее мощность «звезды» с лихвой перекрывала рост сопротивления, позволяя получить большую скорость и скороподъемность.
Первым переделал ЛаГГ-3 под М-82 Гудков — под его руководством в августе 1941 г. к планеру серийного истребителя пристыковали носовую часть от Су-2. Самолет получил обозначение Гу-82, на нем в сентябре-октябре 1941 г. в НИИ ВВС А. И. Никашин совершил несколько полетов, но из-за эвакуации испытания прервались и больше не возобновлялись; не была закончена и постройка второго экземпляра Гу-82.
