В сентябре 1940 года неожиданно изменились требования к радиусу действия самолета И-301. После сравнения И-301 с конкурирующей машиной И-26 (будущего Як-1), сконструированного коллективом под руководством А. С. Яковлева, новый нарком авиапрома А. И. Шахурин и командующий ВВС РККА генерал Я. В. Смушкевич потребовали от конструкторов обеспечить нормальную дальность полета истребителя равную 1000 км. Первоначально на самолете И-301 стояло три топливных бака (один в фюзеляже и два в центроплане). Чтобы обеспечить требуемую дальность полета, самолет пришлось оснастить еще парой баков. Это увеличило взлетную массу самолета, что в свою очередь потребовало усилить конструкцию шасси.

Модификации подвергся второй прототип И-301. С новыми баками Никашин совершил беспосадочный перелет по маршруту Москва — Курск — Москва (850 км). После приземления в Москве в баках оставалось топлива еще на 250–300 км полета. Этот эксперимент подтвердил возможность выполнения новых требований.

Из сохранившихся документов следует, что Лавочкин в описываемый период обращался в НКАП с просьбой разрешить испытать второй прототип с двигателем, оснащенным турбонаддувом.

Несмотря на то, что самолет И-301 с климовским двигателем М-105П не отвечал предъявляемым требованиям, он все же представлял собой самолет нового поколения по сравнению со старым И-16. Вопрос с его серийным производством был в принципе решен. 26 мая 1940 года СНК СССР постановил начать серийный выпуск истребителя на заводе № 23 в Ленинграде.

2 октября поступило указание ограничить серию, собираемую в Ленинграде, пятью машинами. К этому времени самолет изменил свое название в соответствии с новой системой обозначения самолетов, принятой в СССР. Вместо И-301 самолет стал называться ЛаГГ-1. Уже 23 ноября 1940 года было принято решение о серийном выпуске самолета ЛаГГ-1 с пятью бензобаками. В таком варианте самолет стал называться ЛаГГ-3. В декабре появилось решение о параллельном производстве самолета сразу на нескольких предприятиях. Конструкторы самолета были награждены Сталинской премией.

В соответствии с указом НКАП СССР серийный выпуск истребителей ЛаГГ-3 должен был начаться 9 декабря 1940 года одновременно на пяти заводах, в том числе на заводе № 21 в Горьком, № 31 в Таганроге и № 23 в Ленинграде. Гудков остался в Химках, получив должность главного конструктора ОКБ-301. Там он работал над истребителем Гу-1, который по схеме повторял американский истребитель P-39 «Аэрокобра».

Остальные конструкторы были командированы на заводы помогать в налаживании выпуска. Горбунов оказался в Таганроге, а Лавочкина отправили в Ленинград вместе с частью коллектива ОКБ-301.

Быстрее всего удалось наладить выпуск самолетов в Ленинграде на заводе № 23. В декабре 1940 планировалось построить пять самолетов ЛаГГ-1. В следующем 1941 году план предусматривал уже выпуск только одних ЛаГГов-3. Первый ЛаГГ-3 облетали в феврале 1941 года. Выпуск истребителей нарастал постепенно. К моменту эвакуации из Ленинграда завод успел передать армии только 65 машин.

С января 1941 года выпуск ЛаГГов-3 пошел быстрее, так как к нему подключился завод в Горьком. Параллельно с ЛаГГами в Горьком продолжали собирать И-16 тип 29.

ЛаГГ-3 имел практически цельнодеревянную конструкцию. Металлическими были только каркасы рулей высоты и направления, обтянутые тканью. В связи с этим горьковскому заводу пришлось перестраивать технологию. Дело в том, что у И-16 тип 29 дюралевые части составляли до 32 % конструкции самолета, тогда как деревянных частей было всего 10 %. В отношении ЛаГГа-3 (тип 31) пропорция была прямо противоположной: более 30 % деревянных деталей и только 12 % деталей из дюраля.