Работа над созданием будущего ЛаГГ-3, видимо, началась в конце 1938 г. Прекрасно зная возможности отечественной авиационной промышленности, сотрудники 1-го Главного управления НКОП В.П. Горбунов и С.А. Лавочкин, размышляя о том, каким должен быть современный самолет-истребитель, единодушно сошлись во мнении, что стране нужна цельнодеревянная машина, но с использованием новинки дельта-древесины. Главные требования военных им были хорошо известны: максимальная скорость - не менее 600 км/ч, пушечное вооружение, летчик должен быть защищен броней, а баки - протектированы.
Вскоре к ним присоединился третий конструктор - М.И. Гудков. С разрешения наркома ММ. Кагановича группа обосновалась на заводе в Кунцеве, изготовлявшем самолетные винты и лыжи. Лидером образовавшегося триумвирата довольно быстро стал Лавочкин, с головой ушедший в работу. Облик будущего истребителя сформировался после получения чертежей пушечного мотора М-105П. В начале 1939 г. был готов предварительный проект машины. Одной из его основных "изюминок" являлось широкое применение уже упомянутой дельта-древесины. Работая в наркомате, Лавочкину приходилось заниматься вопросами производства воздушных винтов. Они изготавливались из дерева или из алюминиевых сплавов. Но во второй половине 1930-х гг. появилась технология изготовления полуфабрикатов из склеенных и пропитанных бакелитовым лаком листов шпона. Подобный материал по прочности соответствовал обычной фанере, но отличался от нее влагостойкостью. Чуть позже специалисты завода "Карболит" усовершенствовали эту технологию. Пакет, собранный из шпона толщиной 0,5 мм и пропитанный бакелитовым лаком, прессовали при температуре 145 - 150° и давлении 1 - 1,1 кг/мм2. Вот этот материал создатели и назвали дельта-древесиной. Такая уплотненная древесина имела предел прочности 27 кг/мм2, что более чем в два раза превышало этот показатель для сосны (11 кг/мм2) и приближалось по прочности к супердюралю (этот алюминиевый сплав, имел предел прочности 45 кг/мм2). Кроме этого, новый материал отличался влагостойкостью и плохо воспламенялся.
Изучение свойств дельта-древесины привело авиаконструкторов к выводу о возможности использования ее в конструкции нового истребителя. Это позволило бы сделать машину легкой и прочной, в минимальной степени применяя металл. В то время основным технологическим процессом на советских авиазаводах была деревообработка. Ощущалась острая нехватка легированных сталей, использовавшихся в ферменных конструкциях, алюминиевые сплавы тоже являлись дефицитом.
В плане опытного самолетостроения 1-го Главного управления НКАП, составленного в марте 1939 г., ОКБ-301 предписывалось разработать эскизный проект и построить макет пушечного истребителя деревянной конструкции с мотором М-105. Спустя четыре месяца, 29 августа, Комитет обороны СССР принял постановление "О проведении мероприятий по внедрению в серию новых и модернизированных истребителей, бомбардировщиков, штурмовиков, разведчиков, учебных и тренировочных самолетов и по строительству новых опытных типов". Истребитель Горбунова, Лавочкина и Гудкова очень удачно "вписывался" в этот документ, и в следующем постановлении, вышедшем в тот же день, уже прямо говорилось о создании самолета И-301 (он же объект "К").
1 сентября начальника 4-го отдела наркомата Горбунова и инженеров того же отдела Лавочкина и Гудкова перевели в распоряжение директора завода № 301 в Химках. Горбунов, видимо, как старший по прежнему рангу, получил статус главного конструктора. Постановлением предполагалась постройка двух машин с разными двигателями - М-105ТК-2 и М-106П. Первая из них представляла собой высотный истребитель, который должен был развивать скорость 650 - 675 км/ч, подниматься на высоту 12 000 м и иметь нормальную дальность полета 600 км, а с подвесными баками - 1000 км. Планировалось вооружить его двумя синхронными пулеметами ШКАС (калибра 7,62 мм) и парой БС (12,7 мм). В феврале 1940 г. новый самолет требовалось предъявить на государственные испытания.
Второй экземпляр истребителя при тех же дальности и взлетно-посадочных характеристиках рассчитывался на максимальную скорость 600 - 620 км/ч на высотах 6000 - 7000 м и при практическом потолке 11 000 м. На самолете планировалось установить одну пушку калибра 20 - 23 мм, пару синхронных ШКАСов, а также реактивные снаряды РС-82. Срок передачи на госиспытания - май 1940 г.
Полноразмерный макет истребителя "К" на заводе № 301 построили очень быстро. 18 сентября его уже осмотрела макетная комиссия. За день до этого ОКБ-301 представило в НИИ ВВС эскизный проект машины, согласно которому истребитель "К" предназначался для ведения активного воздушного боя, поражения и уничтожения самолетов противника, сочетая мощный огонь с большой скоростью полета. По расчетам конструкторов, при нормальном полетном весе 2729 кг он мог развивать максимальную скорость у земли 464 км/ч и на высоте 10 000 м - 646 км/ч. Практический потолок оценивался в 12 630 м, а нормальная дальность полета - 612 км. Основное вооружение состояло из четырех пулеметов: двух БС (с боезапасом 220 - 230 патронов на каждый) и двух ШКАС (по 650 - 670 патронов). В перегрузку можно было устанавливать не только РС-82 (восемь штук), но и пушку Волкова калибра 20 или 23 мм с боезапасом 80 патронов. Но в этом случае боекомплект пулеметов БС значительно сокращался. Предусматривалась также подвеска дополнительных топливных баков и бомб.
Знакомство с материалами проекта показывает, что разработчики представили лишь аэродинамический расчет машины, не проводя продувок модели, а мощность двигателя взяли несколько меньше заданной. В результате скорость получилась ниже, чем было предусмотрено тактико-техническими требованиями. НИИ ВВС ничего не оставалось, как вернуть проект на доработку.
Второй его вариант оказался более успешным. 19 января 1940 г. он был утвержден. На этот раз при полетном весе 2700 кг максимальная скорость истребителя с двигателем М-105ТК ожидалась не ниже 648 км/ч на высоте 10 000 м и 48ч км/ч - у земли, а практический потолок - 12 350 м. Радиус действия - 500 км (видимо, с подвесными баками - Прим. авт.). Вооружение состояло из двух пулеметов БС и пары ШКАСов. Одновременно утвердили, хотя и с неизбежными замечаниями, макет самолета, а вскоре последовало решение правительства о строительстве опытных образцов.
