I-200 第 4 号机，MiG-3 的原型机
截止到 1941 年 1 月，第一飞机厂已经制造出 150 架米格-3 战斗机，而在 1940 年第四季度，该厂一共生产了 100 架米格-1 和 20 架米格-3（米格-1 从第 100 架开始被称为米格-3，而其结构则在生产中不断地进行改进。）到 1941 年 3 月 28 日，苏联军方共接收 473 架米格-3，其中 270 架装备空军部队，工厂存放 200 架，还有三架坠毁。很多试飞员认为双翼飞机飞行员很难适应高速的米格-3 的飞行特点，他们很容易进入螺旋。试飞员古洛斯基曾经在日记中写道：“在 4 天的飞行当中，我进行了 7 次紧急迫降，其中有两次我差点就见了上帝。”对于有丰富经验的试飞员尚且如此，那么对于普通飞行员来说操纵米格-3 的难度就可想而知了。1941 年春天成了苏联空军的事故高峰期，并且大部分事故都与米格战斗机有关。然而伴随着事故的增加，飞行员们也逐渐掌握了驾驶这种飞机的技巧。
按照惯例，最先进的飞机首先要装备驻扎在莫斯科附近的苏联空军最精锐部队，1941 年 2 月，一批米格-3 被移交给了第 16 战斗机团。到 1941 年 4 月，米格-3 的产量已经达到 9 架/天，但是这些飞机的速度比原型机慢了 30 千米/小时。最令人头疼的是苏联航空工业部领导不断要求第一飞机厂对米格-3 进行各种改进，其中包括座舱盖在高速飞行中无法打开、邮箱泄漏等。最主要的问题还是 AM-35A 发动机，因为发动机的问题导致了 30 多起各种事故。由于供油系统的的缺陷，飞机在俯冲时发动机油压会降低很多，发动机甚至在 5,000 米高度时都会发生喘振。在一次空战中，第 31 团的 3 名飞行员在卡纳斯上空驾机追逐德军侦察机时全部陷入螺旋，结果导致一名飞行员牺牲。
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。”
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。
