Первый опытный образец И-301 появился весной 1940 г. Моторостроители никак не могли довести до требуемой надежности ни турбокомпрессоры, ни двигатель М-106. Это вынудило поставить на первый опытный образец серийный мотор М-105П, что, естественно, снижало летные данные. Турбонаддув решили смонтировать позднее, после поступления нагнетателей ТК-2.
19 марта летчик военной приемки завода № 39 В.А. Степанченок приступил к испытаниям И-301. Начали, как обычно, с руления и подлетов. Устранение выявленных дефектов заняло неделю, и на воскресенье 25 марта назначили первый вылет, но он не состоялся из-за инцидента между летчиком и наркомом авиационной промышленности.
Конфликт удалось быстро разрешить. Пилота заменили. В тот же день, 25 марта, заводской испытатель Н.К. Федоров, опробовав работу винтомоторной группы, сделал первые пробежки. 9 апреля И-301 поднялся в воздух, пилотировал его летчик НИИ ВВС А.И. Никашин. К концу месяца стало ясно, что турбокомпрессоры к заданному сроку не поступят, и руководство завода попросило разрешить закончить заводские испытания первой машины без ТК-2 и в таком же виде передать ее в НИИ ВВС. Турбонагнетателями обещали укомплектовать второй опытный образец истребителя. 23-мм пушку МП-6 и синхронные пулеметы БС до передачи машины в НИИ ВВС так и не успели отстрелять в воздухе.
Горбунов, Лавочкин, Гудков и директор завода № 301 Эскин 17 мая направили наркому Шахурину письмо, в котором говорилось, что по предварительным данным максимальная скорость на высоте 4000 м получилась 580 - 585 км/ч; разбег при использовании щитков - 255 - 280 м, а пробег - 200 - 220 м (посадочная скорость 120 км/ч). Также сообщалось, что устойчивость самолета хорошая, в пилотировании он прост. Посадка вполне доступна летчику средней квалификации. Уже установленное вооружение из пушки МП-6 и двух пулеметов БС могло быть дополнено восемью реактивными снарядами РС-82 и двумя пулеметами ШКАС.
На самом деле картина была не столь радужной. Постоянно сталкивались с перегревом воды и масла. Во время испытаний дважды заменяли двигатель. Гидросмесь подтекала. Нагрузки на рулях оказались очень велики. Но в целом результат сочли удовлетворительным.
Заводские испытания И-301 завершились 12 апреля 1940 г. А 29 апреля приказом НКАП его включили в список самолетов, участвующих в первомайском воздушном параде. Прозванный на заводе "роялем" (истребитель был покрыт лаком вишневого цвета и отполирован), он эффектно пролетел над Красной площадью. Пилотировал машину Никашин.
14 июня 1940 г. И-301 приняли в НИИ ВВС. Ведущим инженером назначили М.И. Таракановского (участвовавшего еще в заводских испытаниях), ведущим летчиком - П.М. Стефановского; в испытательных полетах также принимал участие СП. Супрун. Довольно быстро выявилась масса дефектов еще "сырой" машины, дававших о себе знать почти в каждом полете. Поначалу никак не могли достичь скорости более 585 км/ч. Причиной оказалось недостаточное сечение всасывающих патрубков мотора. Заводская бригада переделала их за одну ночь. После этого удалось довести максимальную скорость до 605 км/ч.
В ходе испытаний заменили потекший водяной радиатор, сняли, разобрали и поставили опять карбюратор, сменили покрышки колес. Но все это делалось без снижения темпа полетов. Всего совершили 42 полета общей продолжительностью 16,5 ч. Они позволили определить основные характеристики машины, но никто не знал, как она поведет себя на пикировании, при выполнении фигур высшего пилотажа, включая штопор; не удалось проверить в воздухе работу вооружения.
Государственные испытания заняли всего шесть дней, закончившись 27 июня. В заключении отчета НИИ ВВС говорилось:
"1. Предъявленный на государственные испытания 1-й экземпляр... И-301 с мотором М-105П их не выдержал...
2. Самолет отвечает заданным летным данным по постановлению КО № 243, за исключением большой посадочной скорости 140 км/ч, вместо заданной 110 - 120 км/ч.
3. Признать, что... И-301 представляет несомненный интерес для ВВС, как в части своего материала - упрочненная древесина, мощного вооружения, так и в части максимальной скорости - 605 км/ч.
4. Необходимо в кратчайший срок по строить второй экземпляр этого самолета, устранить на нем основные дефекты, выявленные при испытаниях первого экземпляра, довести стрелковое вооружение, провести заводские испытания по полной программе и передать его на госиспытания.
5. Признать целесообразным немедленно начать подготовку серийного производства... И-301 с М-105П, обеспечив выпуск 25 - 30 самолетов для прохождения войсковых испытаний в 1940 г. Необходимо просить НКАП особо обратить внимание на этот самолет в части быстроты его доводки и постройки войсковой
серии с устранением дефектов...".
Среди подробно перечислявшихся далее недостатков отмечались высокая температура в пилотской кабине, плохой обзор из нее (из-за низкого качества отечественного плексигласа), перегрев воды и масла при наборе высоты, недостаточная продольная устойчивость, слишком большая нагрузка на основные стойки шасси при взлете, отсутствие посадочной фары и радиостанции.
Машину отправили в Химки на переделку. После доработки заводские испытания первого образца И-301 продолжили, но в августе 1940 г. он потерпел аварию. К этому времени было совершено 79 полетов общей продолжительностью свыше 32 ч. 11 августа машину подготовили к полету лишь к вечеру. Около 19 часов Никашин вырулил на старт. Полет проходил нормально, и через полчаса истребитель зашел на посадку против солнца. Именно это обстоятельство в совокупности с малыми размерами заводского аэродрома привело к грубой посадке с поломкой шасси.
Первый образец И-301 потом отремонтировали, а попутно внесли некоторые изменения в планер и оборудование. В частности, на машине появился радиополукомпас. На этом самолете проводили испытания на пикирование и отстрел вооружения. Машина летала до 4 января 1941 г., когда в полете расплавились коренные подшипники мотора. Летчик из НИИ ВВС совершил посадку на "брюхо", но истребитель получил тяжелые повреждения и более не восстанавливался.
Постройка второго образца задержалась до октября 1940 г. Поскольку заводские испытания он не прошел, то и на государственные его не допустили. Зато в ноябре на этом самолете впервые опробовали в полете вооружение. Надо сказать, что первые летные испытания магазинной пушки ПТБ-23 конструкции Н.Б. Таубина и М.Н. Бабурина на будущем Ил-2 показали ее непригодность для эксплуатации на самолете из-за чрезмерной отдачи при выстреле. Доработанный вариант, предназначенный для установки в развале цилиндров мотора М-105П, получил обозначение МП-6. По результатам испытаний на втором И-301 в ноябре 1940 г. МП-6 внедрили в серийное производство сразу на двух заводах (хотя на вооружение официально не приняли). Таубина и Бабурина наградили орденами Ленина.
Но реально МП-6 применения на серийных истребителях не нашла. Весной 1941 г. на подмосковном аэродроме Мо-нино провели на штурмовиках Ил-2 сравнительные летные испытания пушек МП-6 и ВЯ-23 (последнюю сконструировали Волков и Ярцев). ВЯ-23 показала явные преимущества и была принята на вооружение. Возможно, это обстоятельство в совокупности с неудачами, преследовавшими коллектив ОКБ-16 при разработке пулемета АП-12,7, стали причиной ареста Таубина и Бабурина 16 мая 1941 г.
В сентябре 1940 г. неожиданно изменились требования к дальности полета И-301. После осмотра И-301 и конкурировавшего с ним И-26, созданного под руководством А.С. Яковлева, новым наркомом авиапромышленности А.И. Шахуриным и начальником ВВС РККА Я.С. Смушкевичем, конструкторам объявили о необходимости поднять максимальную дальность до 1000 км. Первоначально на истребителе было три бензобака (один в фюзеляже и два в центроплане), пришлось добавить еще два кессон-бака в консолях. Увеличение взлетного веса потребовало также некоторого усиления шасси. Второй экземпляр И-301 спешно доработали, увеличив запас топлива. На нем Никашин совершил беспосадочный перелет Москва - Курск - Москва протяженностью 850 км. Остатка бензина хватило бы еще на 250 - 300 км. Это подтвердило возможности истребителя в отношении дальности полета.
Из сохранившихся документов известно, что Лавочкин испрашивал разрешение наркомата на испытание второго экземпляра И-301 с турбонаддувом, но данных о таких полетах обнаружить не удалось.
Еще 26 июля 1940 г. Совнарком принял решение о развертывании серийного производства И-301 на заводе № 23 в Ленинграде. Однако 2 октября поступило указание ограничиться сборкой там только пяти экземпляров для эксплуатационных испытаний.
После изменения системы обозначений советских военных самолетов машина стала именоваться ЛаГГ-1. Но уже 23 ноября появился приказ НКАП о выпуске варианта с увеличенной дальностью (с пятью баками) как ЛаГГ-3. И наконец в декабре вышло постановление о производстве этого самолета сразу несколькими заводами. Лавочкина, Горбунова и Гудкова удостоили Сталинской премии.
