1941 年夏，第 401 战斗机团的 MiG-3

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 Bf 109 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，并于 6 月 30 日抵达前线。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。仅在 7 月 2 日和 3 日两天，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 Bf 109E 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 Bf 109E 反而在速度上占了上风。此外尽管 Bf 109E 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，Bf 109E 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 Bf 109E 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 Bf 109E，并且至少与更先进的 Bf 109F 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。