许多苏联飞行员在执行任务时总是敞开座舱盖
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。
在 1941 年夏末交付前线米格-3 又作了很多改进，配备了舵面辅助调整片，其 AM-35A 发动机的传动率从 0.902 增加到了 0.732，并且用自动变距螺旋桨替换了 VISH-22E 预调桨距螺旋桨。改进后的米格-3 操纵性、飞行稳定性和可靠性有了一定的改善，但是飞机的爬升率和起落性能却下降了。以改装后的 3943 号米格-3 为例，该机海平面最大速度 466 千米/小时，5,000 米高度最大速度 569 千米/小时，7,800 米高度时最大速度 615 千米/小时，飞机爬升到 5,000 米高度耗时 7.1 分钟，1,000 米高度盘旋时间 22 秒，起飞重量 3,299 千克（外挂和 335 千克的外部油箱不计）。
1941 年 8 月，米格-3 产量达到 562 架，创造了苏联战斗机的产量记录，这一纪录一直保持到了战争结束。这 562 架米格-3 加上 7 月生产的 496 架和 9 月份生产的 450 架构成了拦在纳粹空军前方的空中防线，在德军对莫斯科发起的总数达 8,279 架次空袭中，仅有 209 架轰炸机抵达了莫斯科上空。在所有保卫莫斯科的战斗机部队中，第 16、27、34 战斗机团是王牌部队。其中由普卢特斯柯夫上校指挥的第 16 战斗机团在 1941 年下半年共击落 72 架敌机。1941 年 10 月，在友军的策应下,由皮萨克上校指挥的第 27 团成功的攻击了向贝里机动的德军装甲部队。由雷比金上校指挥的第34团也在保卫西线交通线的战斗中声名大振，10 月 22 日，该团冒雨执行了 59 次战斗任务，在 24 场空战中共击落 12 架敌机。后来在莫斯科上空驾机英勇撞击敌机的著名飞行员维克多?卡拉里克辛也在这段时间击落了 5 架敌机。而第 42 团则取得了西线米格战机的最大战绩，在一次为 12 架伊尔-2 护航任务中，他们在奥瑞机场上空击落了 4 架正在起飞的 Bf 109 和 57 架正在降落的 Ju 52 运输机以及至少 60 架停放在机场上的各种飞机，而该团无一损失。
在这段时间内，米格战斗机获得了积极的评价，它的机动性甚至出乎了试飞员的预料，有的飞行员认为它的转弯机动性甚至可以与 I-15 媲美。在一次模拟空战中，米格-3 轻松的击败了扮演敌机的雅克-1 战斗机，而这架米格-3 也因为在模拟空战中动作过猛导致飞机变形而报废。在那段时间内，有 40 名驾驶米格战斗机的飞行员获得了“苏联英雄”的称号。
1941 年秋季发生的几场高空空战充分证明了 AM-35A 是一种成功的发动机。1941 年 9 月 28 日，飞行员皮洛兹柯夫在 8,000 米高度与敌机相遇，他一直咬住敌机爬升到 10,000 米高度并最终将敌机击落，这场空战是战争中首次在这种高度的空战。
1941 年 10 月，就在第一飞机厂后迁前不久，一种配备了两个 100 升副油箱和宽叶螺旋桨的新的米格-3 战斗机的改型诞生了。尽管 12.7 毫米 ShKAS 机枪射速很高，但这种武器却不十分有效，因此该机换装了 12.7 毫米 UBS 机枪，这样在不增加飞机重量的前提下，米格-3 战斗机每秒武器发射质量由 1.2 千克提高到 1.44 千克。与此同时，为飞机安装火箭发射架的工作也展开了。截止到 1941 年 10 月底，共有 49 架米格-3 安装了可装载 6 枚 RS-82 火箭的发射器，这种型号的飞机总共制造了 180 架。
