Осенью 1942 г. ЛаГГ-3 продолжали строить только в Тбилиси. ГКО вновь потребовал повысить летные качества машины. Следовало увеличить скорость, снизить вес, улучшить маневренность и взлетно-посадочные характеристики. Завод № 31 обязали внедрить в серийное производство ЛаГГ-3 сначала весом 2850 кг, а к середине ноября облегчить самолет еще на 100 кг. Главному конструктору предприятия Горбунову пришлось приложить массу усилий для выполнения этого распоряжения. Рапортуя о результатах, из НКАП направили Сталину доклад, в котором отмечалось, что вес истребителя действительно снижен на 120 кг, введение аэродинамических усовершенствований дает увеличение скорости на 30 км/ч, а Горбунов продолжает работу по снижению веса. Планировалось, что с 25 ноября завод № 31 будет серийно выпускать самолеты с весом 2850 кг вместо истребителей весом 3160 кг, которые изготавливали ранее горьковчане. Некоторое улучшение аэродинамики должно было обеспечиваться введением уборки хвостового колеса. На опытном образце И-301оно поднималось в фюзеляж, позднее из-за недостаточной надежности перешли к неубирающему-ся варианту. Теперь его опять стали складывать, но несколько иначе. Внешне это выразилось в появлении выпуклых створок, закрывающих костыль в полетном положении. Все самолеты после 35-й серии отличались убирающимся хвостовым колесом.
Облегчение ЛаГГ-3 позволило ускорить набор высоты 5000 м с 6,4 до 5,8 мин, сократить время виража на высоте 1500 м с 21 до 20 с, а разбег - с 370 до 280 м. Одновременно выпуклые стекла фонаря кабины летчика заменили плоскими, что улучшило обзор вперед, устранили забрызгивание передней части фонаря маслом и увеличили точность стрельбы, установив в коллиматорном прицеле красную лампу подсветки. Но как ни старались конструкторы, полностью выполнить нормативы приказа НКАП им не удалось.
В начале 1943 г. главной задачей завода № 31 оставалось изготовление ЛаГГ-3 с полетным весом 2950 кг (на 100 кг больше требований предыдущего года) и максимальной скоростью у земли 526 км/ч, а на второй границе высотности двигателя - 590 км/ч. Облегченный самолет запустили в серию без статических и летных испытаний эталона, а вес буквально "выскребали" по крупицам, зачастую ослабляя силовые элементы. Уже в ходе производства истребитель пришлось дорабатывать для обеспечения требуемых запасов прочности и необходимой центровки.
Снижение толщины обшивки передней части фюзеляжа с 9,5 до 7 мм, облегчение каркаса капотов мотора, замена двух маслобаков одним, отказ от консольных бензобаков и уменьшение толщины протектора оставшихся трех баков, замена проводки управления газом мотора и другие, более мелкие, изменения позволили сэкономить до 252 - 283 кг. В то же время аэродинамические улучшения (в частности, изменение тоннелей масло- и водорадиаторов, герметизация противопожарной перегородки и выхлопных патрубков с установкой на последние обтекателей) и возросший вес серийных двигателей М-105ПФ утяжелили машину на 55 кг. В итоге переступить рубеж полетного веса в 2962 кг так и не удалось.
У серийных истребителей разброс полетного веса доходил до 9%. Вопрос этот нередко обсуждался в наркомате, и дело кончилось тем, что в июле 1943 г. вышел приказ "О соблюдении весовой дисциплины самолетов", касавшийся всех заводов.
Сложнейшей проблемой для отечественной промышленности было обеспечение самолетов радиооборудованием. Возможность справиться с ней появилась лишь в 1943 г., когда с марта на всех ЛаГГ-3 стали устанавливать приемники, а на каждом пятом самолете - комплектные приемо-передающие радиостанции РСИ-4. Часть машин выпустили в варианте ближнего разведчика с фотоаппаратом АФА-1 в хвостовой части фюзеляжа. С середины 1943 г. состав вооружения дополнили вторым пулеметом БС. На последних сериях винт ВИШ-61П заменили на ВИШ-105СВ с более широкими лопастями. При этом кок стал немного шире и приобрел более плоскую форму.
На заводе № 31 продолжали пытаться усовершенствовать мотоустановку с целью повышения тяговооруженности истребителя. Работали над возможной установкой двигателей М-107 и М-106, но из этого ничего не получилось. В 1943 г. Горбунов предпринял последнюю попытку существенно улучшить характеристики ЛаГГ-3. Машину под обозначением "105" с мотором М-105ПФ предъявили на государственные испытания в октябре 1943 г. Первое, что бросалось в глаза, - отсутствие гаргрота за кабиной летчика. При вооружении, включавшем пушку ШВАК и пулемет БС с боезапасом соответственно 160 и 200 патронов, удалось довести полетный вес до 2818 кг, а максимальную скорость - до 612 км/ч.
В феврале 1944 г. построили второй экземпляр, "105-2", с двигателем М-105ПФ-2 взлетной мощностью, возросшей до 1290 л.с, а на первой границе высотности (200 м) - 1310 л.с. По сравнению с предшественником, объем бензобаков уменьшили с 405 до 377 л, а 20-мм пушку ШВАК заменили на 23-мм ВЯ-23 с боезапасом 85 патронов. При этом запас для пулемета БС был равен 185 патронам. Истребитель, находившийся на государственных испытаниях с 10 мая по 12 июня, их не выдержал. Недоведенные винтомоторная группа и вооружение, а также низкие летные данные истребителя сделали свое дело. Самолет "105-2" уступал немецким истребителям по основным параметрам. В итоге, НИИ ВВС счел нецелесообразным продолжение модернизации ЛаГГ-3, и в этом же году его серийное производство было завершено.
Дальнейшие планы конструкторов тбилисского завода оказались нереализованными. В частности, они планировали внедрить на истребителе мягкие топливные баки. В отличие от жестких протектированных баков, утечка горючего при их простреле или других повреждениях прекращалась за счет механических свойств резины, из которой они изготавливались. Протектор, значительно увеличивающий вес, такому баку не нужен. Новые баки оказались более технологичными и удобными в эксплуатации, и применяются в авиации до настоящего времени.
