I-200 第 4 号机，MiG-3 的原型机

试飞员出身的工程师柯柴特科夫在来到卡纳斯调查后发现事故原因与飞行员训练不足有很大关系，这三名飞行员飞米格-3 的小时数都很少，而且从来没有执行过高空飞行任务。柯柴特科夫通过组织多次在 7,000—11,000 米高度的试飞解决了螺旋问题，证明飞机在 10,500 米高度时仍可以完成战斗任务。他总结出在飞行高度超过 8,000 米时的飞行要点并传授给其他飞行员。柯柴特科夫的工作很快便起到了效果，靠近罗马尼亚边界的第四飞行团很快便击落了三架入侵飞机。该团与装备米格-3 的第 55 团都是隶属于第 20 混成航空师的部队。

试飞员斯坦凡诺夫斯基回忆道:“该师装备有两代不同的战斗机，一类是 I-16 和 I-153，另一类是先进的米格-3，但令我感到吃惊的没有人愿意飞米格，于是我驾机升空并施展浑身解数展示米格-3 的性能，当我落地后，飞行员们对米格-3 的态度立刻便发生了变化，换装工作开始紧张地进行，每天都要从清晨飞到入夜。”在试飞员的帮助下，该师的飞行员很快掌握了米格-3。该师第 55 团的一名飞行员亚历山大·波克雷什金后来成为了苏联王牌飞行员，先后三次获得苏联英雄称号，他回忆道:“当我第一次见到米格-3 时，他那先进的气动外形立刻便使我着迷。”他把米格-3 比做烈性赛马，“在有经验的骑手手中他就是一支快箭，但是一旦你失去对他的控制就会丧生在他蹄下。”

波克雷什金座机 MiG-3 “白 5”号

1941 年 5 月，米格-3 进行了在翼下加装两挺 12.7 毫米机枪的实验，米高扬甚至还打算为飞机进一步安装 20 或 23 毫米的机炮，但是试飞结果表明，安装有 5 挺机枪的米格-3 飞行速度下降了 20—30 千米/小时，机动性的下降也令人无法忍受。在战争爆发前，工厂共制造了 821 架装备有 5 挺机枪的米格-3，但是在很多飞机装备部队之前都拆除了翼下的机枪。轻装后的米格-3 重 3,285 千克，海平面最大速度 462 千米/小时，5,000 米高度最大速度 559 千米/小时，7,800 米高度时最大速度 603 千米/小时，飞机爬升到 5,000 米高度需耗时 6.8 分钟，实用升限 10,850 米，低空盘旋一周时间 23 秒，起飞滑跑距离 320 米，航程 720 千米。这些飞机性能与初期型米格-3 相比有所下降，这是由于前者引擎罩和蒙皮比后者粗糙导致的。

尽管战争爆发前有 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 Bf 110 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。