Коллектив конструкторского бюро, возглавляемого С.А.Лавочкиным, в декабре 1941 года завершил модификацию строившегося серийно истребителя ЛаГГ-3 под звездообразный двигатель АШ-82. Переделки были сравнительно небольшие, размеры и конструкция самолета сохранились, но из-за большего миделя нового двигателя на борта фюзеляжа надставили вторую, неработающую обшивку. Сделано это было для того, чтобы не приостанавливать массового выпуска самолетов. В дальнейшем фюзеляж был переделан. Усилено было и вооружение самолета. Вместо одной пушки на ЛаГГ-3, на его новом варианте, установили две 20-мм пушки ШВАК. Площадь крыла Ла-5 – 17,37 м², вес пустого – 2740 кг, взлетный – 3230 кг. Модифицированный самолет, получивший марку Ла-5, приняли для массового производства. Уже в сентябре 1942 года истребительные полки, оснащенные машинами Ла-5, участвовали в сражении под Сталинградом и добились крупных успехов.
Бои показали, что новый советский истребитель обладает серьезными преимуществами перед фашистскими самолетами такого же класса. Его скорость – 613 км/час при хорошей маневренности была выше скорости лучших истребителей противника. Фюзеляж – полумонокок, выклеенный из березового шпона толщиной 1,15...0,75 мм в пять-восемь слоев, с уменьшением толщины от носа к хвосту. На первых порах еще оставалась двойная обшивка фюзеляжа за капотом, но потом фюзеляж полностью переделали в полном соответствии с габаритами двигателя М-82. Крыло – двухлонжеронное, площадью 17,56 м² и размахом 9,8 м, с предкрылками. Элероны небольшого размаха, щелевые, обшивка – полотно. Обшивка крыла – фанера толщиной 3 мм. Вооружение Ла-5 состояло из двух синхронных пушек ШВАК. Оперативность выполнения большого объема доводочных работ в ходе испытаний Ла-5 в значительной степени определялась тесным взаимодействием КБ С.А.Лавочкина с НИИ ВВС, ЛИИ, ЦИАМ и КБ А. Д. Швецова. Благодаря этому удалось в кратчайшие сроки решить множество вопросов, связанных в основном с компоновкой силовой установки, и довести Ла-5 до серии, прежде чем на конвейере вместо ЛаГГа появился другой истребитель. Производство Ла-5 быстро наращивалось, и уже осенью 1942 года под Сталинградом появились первые авиационные полки, имевшие на вооружении этот истребитель. Надо сказать, что Ла-5 не был единственным вариантом переделки ЛаГГ-3 под мотор М-82. Еще летом 1941 года подобную модификацию осуществили в Москве под руководством М.И.Гудкова (самолет назывался Гу-82). Этот самолет получил хороший отзыв НИИ ВВС. Последующая эвакуация и, видимо, недооценка в тот момент важности такой работы сильно затянули испытания и доводку этого истребителя. Что касается Ла-5, то он быстро завоевал признание. Большие скорости горизонтального полета, неплохая скороподъемность и приемистость в сочетании с лучшей, чем у ЛаГГ-3, маневренностью на вертикалях, обусловили резкий качественный скачок при переходе от ЛаГГ-3 к Ла-5. Мотор воздушного охлаждения имел большую живучесть, чем мотор жидкостного охлаждения, и одновременно являлся своеобразной защитой летчика от огня с передней полусферы. Используя это свойство, летчики, летавшие на Ла-5, смело шли в лобовые атаки, навязывая противнику выгодную для себя тактику боя. Но все достоинства Ла-5 на фронте проявились не сразу. Первое время из-за ряда «детских болезней» его боевые качества существенно снижались. Конечно, при переходе к серийному выпуску летные данные Ла-5 по сравнению с его опытным экземпляром несколько ухудшились, но не столь значительно, как у других советских истребителей. Так, скорость на малых и средних высотах снизилась всего на 7...11 км/час, скороподъемность почти не изменилась, а время виража благодаря установке предкрылков даже уменьшилось с 25 до 22,6 сек. Однако реализовать максимальные возможности истребителя в бою было трудно. Перегрев мотора ограничивал время использования максимальной мощности, маслосистема нуждалась в доработке, в кабине летчика температура воздуха достигала 55...60°С, нуждалась в улучшении система аварийного сброса фонаря и качество плексигласа. В начале 1943 года на Ла-5 стали ставить форсированный двигатель М-82Ф. Мощность его по сравнению с М-82 не изменилась, но благодаря проведенным доработкам 10-минутный форсажный режим М-82 стал для М-82Ф номинальным. Это повысило боеспособность Ла-5, так как позволяло вести бой на небольших высотах на повышенном по мощности режиме работы двигателя. Вскоре на этом истребителе фонарь кабины летчика стали выполнять с улучшенным обзором как передней, так и задней полусферы. Для защиты летчика фонарь оборудовался передним и задним бронестеклами. Истребитель Ла-5Ф, как часто называли этот вариант Ла-5, выпускался до весны 1944 года и был самым массовым в 1943 году в соотношении с другими вариантами Ла-5. По сравнению с Bf.109G2 и G4 истребитель Ла-5Ф имел до высоты 6 км значительно меньшие время и радиус виража, поэтому мог зайти в хвост Bf.109G через три-четыре виража. Это подтвердили сравнительные испытания и показательные воздушные «бои» между этими самолетами, проведенные в НИИ ВВС в 1943 году. На основании результатов этих испытаний было также установлено, что вертикальный маневр Ла-5Ф и указанных модификаций Bf.109 был практически одинаков до высоты 3,5 км. На больших высотах преимущество в этом виде маневра переходило к Bf.109. Тем не менее, умело сочетая горизонтальный и вертикальный маневр, летчик Ла-5Ф мог владеть инициативой воздушного боя до высоты 4 км. По сравнению с FW.190A-4 и А-5 истребитель Ла-5Ф, как свидетельствуют результаты сравнительных испытаний, имел преимущество по скорости и всем видам маневра во всем диапазоне высот, где в основном велись воздушные бои. К концу 1942 года моторостроители создали модификацию двигателя М-82 с на номинальном режиме по сравнению с карбюраторным двигателем непосредственным впрыском топлива в цилиндры, подучившего обозначение М-82НВ. Он имел повышенную мощность М-82. В декабре 1942 года этот мотор успешно прошел летные испытания на истребителе Ла-5, а вскоре был создан известный впоследствии мотор М-82ФН (имевший вначале обозначение М-82ФНВ) также с непосредственным впрыском топлива в цилиндры. По основным показателям он оказался очень удачным и обладал повышенной надежностью. Этот мотор широко применялся не только в период Великой Отечественной войны, но и в послевоенное время. По сравнению с М-82 он обладал большей мощностью (на взлете 1850 л.с. вместо 1700 л.с.). В ОКБ С.А.Лавочкина под этот мотор разрабатывался новый вариант самолета Ла-5, в котором конструкторы реализовали почти все рекомендации ЦАГИ по улучшению его аэродинамики, снизили вес благодаря замене деревянных лонжеронов крыла металлическими, а также за счет других изменений в конструкции самолета, усовершенствовали систему выхлопа и др. Иначе говоря, конструкторы тщательно искали каждую возможность, чтобы улучшить свой истребитель. Комплекс проведенных мер дал отличные результаты. На заводских испытаниях в марте 1943 года опытный Ла-5ФН (такое обозначение вскоре получил этот самолет) продемонстрировал очень высокие летные качества: при весе 3158 кг его максимальная скорость на высоте достигла 650 км/час, у земли на форсаже – 598 км/час, набор высоты 5 км занимал всего 4,7 мин. В Ла-5ФН кроме модернизированной силовой установки были внесены следующие изменения: облегчено шасси, улучшена теплоизоляция кабины, снижены усилия на ручке управления и педалях. Таким образом, внесенные изменения позволили существенно улучшить летные данные Ла-5ФН по сравнению с данными первого опытного самолета Ла-5 с мотором М-82. После успешно проведенных в апреле 1943 года государственных испытаний Ла-5ФН был запущен в серию. В период сражения на Курской дуге в боевых действиях уже участвовали авиаполки, имевшие на вооружении эти самолеты. Правда, при переходе к серийному производству не удалось сразу реализовать все усовершенствования, намеченные КБ. Так, например, из-за дефицита дюралюминия лонжероны крыла остались деревянными, что увеличило вес серийных экземпляров, да и производственное изготовление было менее качественным. Это, конечно, привело к снижению летных данных, но тем не менее серийные Ла-5ФН по основным показателям превосходили новые немецкие самолеты и были заслуженно высоко оценены фронтовыми летчиками. Вскоре после начала серийного производства Ла-5ФН было улучшено его управление. Самолет стал одним из самых легкоуправляемых истребителей, отлично держался в глубоком вираже и обладал исключительно высокими маневренными данными. Но в то же время температура в кабине летчика, хотя и стала ниже, чем у Ла-5, все же оставалась довольно высокой. В 1943 году было выпущено 5047 истребителей Ла-5, в том числе 1050 Ла-5ФН.
Сравнительные испытания в НИИ ВВС (1943) показали, что по сравнению с трехточечным вариантом Bf.109G-2 – самым скоростным и маневренным из всех серийных немецких истребителей до второй половины 1944 года самолет Ла-5ФН имел до высоты 5 км преимущество в горизонтальном маневре и через четыре-шесть виражей мог зайти в хвост Bf.109G-2 на дистанцию прицельного огня. На высотах 5...8 км, где воздушные бои велись редко, горизонтальная маневренность Ла-5ФН и Bf.109G-2 была практически одинаковой. В вертикальном маневре Ла-5ФН имел преимущество перед Bf.109G-2 на высотах до 3 км, незначительное преимущество в диапазоне высот 3...5 км и практически одинаковую маневренность на высотах 5...8 км. Таким образом, в воздушном бою инициатива оставалась постоянно за Ла-5ФН, который мог успешно вести наступательный бой с Bf.109G-2 и навязывать ему свою тактику. Преимущество Ла-5ФН перед Bf.109G-4 было более заметным, а по сравнению с FW.190A-4 и А-5 он имел явное превосходство в скорости и во всех видах маневра. Подтверждением высоких боевых качеств Ла-5ФН могут служить войсковые испытания, проведенные в июле-августе 1943 года на Брянском фронте, когда летчики на 14 самолетах Ла-5ФН в 25 воздушных боях сбили 33 самолета противника (двадцать один FW.190, три Bf.109G-2, пять Ju.88, один Ju-87, три He.111), а потеряли лишь четыре истребителя. Кроме боевого Ла-5 в 1943 году был выпущен на испытания его двухместный учебный вариант Ла-5УТИ. Необходимость в подобном самолете ощущалась весьма остро, о чем свидетельствует тот факт, что в действующей армии в 1944 году, не дожидаясь поступления серийных учебных истребителей, уже предпринимались, и не без успеха, попытки переделать Ла-5 из одноместного в двухместный. Доводка Ла-5УТИ несколько затянулась, и он стал поступать в строевые части и запасные авиаполки только в 1944 году. Что касается Ла-5ФН, то в 1943 году по комплексу летных характеристик он стал сильнейшим серийным советским истребителем воздушного боя.