在小批量生产了5架米格-3M-82后，1943年米格局又造出一架安装了改进型发动机的新飞机，并将其命名为I-211，又称为E型机。该机的机体外形作了修改以使其更加流线形，飞机座舱位置也向后稍作移动，散热器进气道移到了飞机两侧翼根处，垂尾形状也作了改动并且水平尾翼位置提高，机翼中间部位安装了两挺ShVAK机炮。试飞数据表明该机性能相当出色，其高空最大速度为670千米/小时，爬升到5,000米高度仅需4分钟。但是该机最终还是在安装ASh-82FN的拉-5FN面前败下阵来，后者则很快在前线证明了自己的价值。

I-230在一段时间之内，采用各种不同发动机的米格-3改型原型机处在平行发展的阶段，与此同时安装AM-35A发动机的米格-3也在不断的进行改进。1942年，米高扬设计局推出了代号“D型机”的I-230战斗机，该机在设计当中汲取了前线米格-3飞行员和维修人员的建议，其机身结构与米格-3基本相同，便于利用米格-3生产线进行大规模生产。战争头几个月的空战经验表明，米格-3装备的机枪火力不足，因此米高扬在I-230的机头上方安装了两门备弹370发的ShVAK20毫米机炮。该机取消了焊接衍架，机体结构为全木质，机翼中部和尾翼蒙皮分别采用了三层和两层1毫米厚的胶合板，使得生产工艺大大简化。I-230在发动机与座舱之间的位置安装了一个由特殊的防火复合板制成的密封油箱。根据飞行员的建议，I-230的座舱也作了相应的改动。

1943年9月米高扬设计局开始研制安装新型AM-39A发动机的I-231，额定功率1,700/1,800马力。I-231的代号“2D”，此时使用相同发动机的一种全新高空战斗机也在研制中，这就是I-220，代号“A”。I-220比MiG-3外形大得多，I-231只是I-220万一研制失败时的后备方案。1943年10月19日I-231原型机首飞，试飞员V.M.萨乌金。11月5日的一次试飞中，由于严重的增压器故障迫使飞行员在诺金斯克机场紧急着陆，飞机毫发无伤，试飞员萨乌金因优秀表现获颁红星奖章。11月23日更换了发动机后，试飞恢复。I-231在7,100米高度飞出了707公里/小时的极速，爬升到5,000米高度耗时4.5分。I-231是MIG-3家族的最后成员，是更具创新性的高空战斗机系列：“A型机”的后备方案（由I-220/221/222/223/224/225等型号组成）。后者在1943~1945年间研制，但由于喷气时代的来临，“A型机”也未投入使用。

改进型在1940 年 10 月 29 日首飞，命名为米格-3，成为二战初期苏联空军的主力战斗机之一，巴巴罗萨作战时已经进入现役达 1,200 架以上，几乎占所有已经进入现役的新一代战斗机的一半。米格-3 的操控有所改善，但依然十分暴烈。然而，在优秀飞行员的手里，米格-3 的出色的高空高速性能依然闪光。在东线战争爆发之前，德国空军已经开始对苏联境内进行侦察飞行。德国空军认为其容克 86P 侦察机可以在苏联战斗机的升限之上安全飞行。当一架容克 86P 在苏联境内消失的时候，德国空军依然盲目乐观地认为这只是机械故障导致失事。当更多的容克 86P 消失后，德国空军终于意识到，它们是被打下来的。事实上，最后一架容克 86P 是被米格-3 迫降的。迫降后，德国飞行员只来得及破坏机上的侦察照相机，但苏联最新的米格-3 战斗机可以上升到 12,000 米高空作战的惊人事实终于传到了德国 。天天查询武器大全

战争爆发前有17个苏联战斗机团装备了总共917架米格-3，此外还有64架米 格-3装备了黑海舰队和波罗的海舰队，但是真正形成了战斗力的只有部署在西部军区的第20混成师、第41、124、126战斗机团和第23基辅战斗机团。部署在边境地区的米格-3在战争开始时损失惨重，他们成为了纳粹空军的第一轮打击目标。装备有233架米格-3的苏联空军第9混成师是苏联空军战斗力最强的部队之一，在第一天的战斗中该师损失了全部407架战斗机中的347架，其装备的所有米格-3全部被摧毁在地面上。

苏军飞行员科科内夫驾驶一架米格-3强行起飞，并驾机撞毁了一架德国Bf110战斗机，这也是米格-3在卫国战争中首次与敌机同归于尽的战例。但是个别飞行员的勇敢行为并不能扭转整个战局发展。第9混成师师长查尼柯少将由于没能保全其部队而被逮捕，随后这位成名于西班牙内战时的“苏联英雄”被宣布为“人民公敌”并被枪毙。但是这样的举动对局势却于事无补。为了补充在开战时遭受巨大损失的西线苏联空军实力。

在1941年6月22日，苏联空军司令命令将99架米格-3战斗机火速送往前线，但是这批飞机的命运更为不幸。由于战争初期苏军部队产生了巨大的混乱，撤退的苏军部队为了不让飞机落入纳粹手中，不得不将自己的飞机摧毁。因此到了6月24日，西线苏联空军已经没有一架新型单座战斗机，到了25日这种情况有了改变，超过200架米格-3战斗机抵达前线，随后的每一天几乎都会增加一个战斗机团。在29日的一场空战中，两架米格-3击落了三架德军Bf109战斗机。值得一提的是由试飞员组成的5个战斗机团，其中两个团装备了米格-3。成立试飞员战斗机团的建议是由苏联功勋试飞员，“苏联英雄”称号获得者萨普伦提出的，他说服斯大林相信经验丰富的试飞员能更好的发挥新型战斗机的威力，由他们组成的战斗单位将会在前线制空权争夺中起到重要作用。

萨普伦和裴奥特·斯坦凡诺夫斯基上校分别成为第401和第402特别战斗机团的团长，这两个飞行团装备有刚刚走下生产线的67架米格-3战斗机。第401团抵达祖博夫后，大大加强了西线苏联空军实力，该团立刻便参加了密集的空战，他们攻击敌军地面部队，执行侦察任务并与纳粹的容克式和梅赛施密特式战斗机在中低空展开了殊死搏斗。仅两天，该团便击落了8架敌军飞机，在随后的一天，萨普伦一个人就击落了4架敌机，他也因此第二次获得“苏联英雄”称号。

1941年夏天的空战主要发生在4,000米高度，在这一高度上，米格-3的速度比纳粹德国主力战机梅塞施密特Bf109E要快一些，但是由于米格-3在高速飞行时座舱盖无法打开导致飞行员无法逃生，因此许多苏联飞行员在执行任务时总是敞开座舱盖，使得飞机的时速下降了30千米左右，这样Bf109E反而在速度上占了上风。此外尽管Bf109E在爬升率方面占优，但是垂直机动性方面还是米格-3略胜一筹。尽管两种战斗机盘旋时间差不多，但是由于德国飞机翼载荷轻，Bf109E的盘旋半径比米格-3小25%，同时由于德国飞机较轻，因此也可以装备更强的火力。此外在无线电通讯设备方面Bf109E也要先进很多。虽然在5,000—7,000米高度时，米格-3性能全面超越Bf109E，并且至少与更先进的Bf109F相当，但是空战几乎不会发生在这一高度。尽管米格-3性能出众，但是在作战中出现的大量操作问题严重影响了米格-3 充分发挥其性能，1941年8月19日，西线部队向航空工业人民委员会提交了一份报告，报告称米格-3的起落架经常无法放下，飞行员不得不强行利用机腹滑行迫降，此外起落架上方的设备也经常在降落时受损，尤其是紧急迫降经常造成飞机散热器排气管损坏，而排气管又很难更换，这就导致飞机的留空时间大大减少。报告还称由于米格-3座舱锁性能不可靠，西线苏军飞行员在执行任务时不得不敞开座舱盖，敞开座舱盖影响了飞机的速度与航程，同时由于飞机的续航力不高也使得其无法执行侦察任务，因为一旦在侦察时发生空战，米格-3的油料将无法保证其安全返航。作为应急措施，设计人员为米格-3安装了外部油箱。此外报告还提到了飞行员们对米格-3视野不佳，风挡玻璃上沾满飞溅的油渍以及令人难以忍受的舱内高温等问题的抱怨。由于在报告送抵的当天，苏联空军高官们正在讨论新型战斗机的研制问题，于是米格-3的报告被忽视了。于是很快由于米格-3的设计缺陷和战斗部队抱怨其无法满足空战需求，苏联当局下令停止生产米格-3。尽管第一飞机厂做了各种努力挽救该机的命运，但是最终还是于事无补。因为当时苏军急需大批强击机，而号称“空中坦克”的伊尔-2强击机的发动机和米格机所用的发动机是在一个工厂里生产的，生产线受规模限制不能同时大量生产两种发动机，由于米格机的表现不尽人意，因此苏联当局无法容忍浪费资源生产一种不成功的飞机，于是最终下令停产米格机。

在1941年夏末交付前线米格-3又作了很多改进，配备了舵面辅助调整片，其AM-35A发动机的传动率从0.902增加到了0.732，并且用自动变距螺旋桨替换了VISH-22E预调桨距螺旋桨。改进后的米格-3操纵性、飞行稳定性和可靠性有了一定的改善，但是飞机的爬升率和起落性能却下降了。以改装后的3943号米格-3为例，该机海平面最大速度466千米/小时，5,000米高度最大速度569千米/小时，7,800米高度时最大速度615千米/小时，飞机爬升到5,000米高度耗时7.1分钟，1,000米高度盘旋时间22秒，起飞重量3,299千克（外挂和335千克的外部油箱不计）。武器大全wUqi.TTCx.nET编辑

1941年8月，米格-3产量达到562架，创造了苏联战斗机的产量记录，这一 纪录一直保持到了战争结束。这562架米格-3加上7月生产的496架和9月份生产的450架构成了拦在纳粹空军前方的空中防线，在德军对莫斯科发起的总数达8,279架次空袭中，仅有209架轰炸机抵达了莫斯科上空。在所有保卫莫斯科的战斗机部队中，第16、27、34战斗机团是王牌部队。其中由普卢特斯柯夫上校指挥的第16战斗机团在1941年下半年共击落72架敌机。(wUQI.tTCX.neT）

1941年10月，在友军的策应下,由皮萨克上校指挥的第27团成功的攻击了向贝里机动的德军装甲部队。由雷比金上校指挥的第34团也在保卫西线交通线的战斗中声名大振，1941年10月22日，该团冒雨执行了59次战斗任务，在24场空战中共击落12架敌机。后来在莫斯科上空驾机英勇撞击敌机的著名飞行员维克多·卡拉里克辛也在这段时间击落了5架敌机。而第42团则取得了西线米格战机的最大战绩，在一次为12架伊尔-2护航任务中，他们在奥瑞机场上空击落了4架正在起飞的Bf109和57架正在降落的Ju52运输机以及至少60架停放在机场上的各种飞机，而该团无一损失。在这段时间内，米格战斗机获得了积极的评价，它的机动性甚至出乎了试飞员的预料，有的飞行员认为它的转弯机动性甚至可以与I-15媲美。在一次模拟空战中，米格-3轻松的击败了扮演敌机的雅克-1战斗机，而这架米格-3也因为在模拟空战中动作过猛导致飞机变形而报废。在那段时间内，有40名驾驶米格战斗机的飞行员获得了“苏联英雄”的称号。

1941年秋季发生的几场高空空战充分证明了AM-35A是一种成功的发动机。1941年9月28日，飞行员皮洛兹柯夫在8,000米高度与敌机相遇，他一直咬住敌机爬升到10,000米高度并最终将敌机击落，这场空战是战争中首次在这种高度的空战。1941年10月，就在第一飞机厂后迁前不久，一种配备了两个100升副油箱和宽叶螺旋桨的新的米格-3战斗机的改型诞生了。尽管12.7毫米ShKAS机枪射速很高，但这种武器却不十分有效，因此该机换装了12.7毫米UBS机枪，这样在不增加飞机重量的前提下，米格-3战斗机每秒武器发射质量由1.2千克提高到1.44千克。与此同时，为飞机安装火箭发射架的工作也展开了。截止到1941年10月底，共有49架米格-3安装了可装载6枚RS-82火箭的发射器，这种型号的飞机总共制造了180架。天天查询WuqI.TtcX.nEt编辑

在量产停止后，米格-3仍然频繁的执行战斗任务，该机零部件的通用性和良好的维护能力保证了其战备状态。截止到1942年5月1日，仍有134架米格-3在苏联空军服役，其中3/4还拥有战斗能力。（TtCx.nEt)

苏联（TtCx.nEt)

罗马尼亚通过一个叛逃的飞行员得到了一架米格-3，但从未在实战中使用

芬兰曾经向德国订购了70架德国陆军在巴巴罗萨行动中缴获的米格-3，但德国人一直没有交付，因此芬兰空军实际上从没有使用过米格-3参加战斗。