На И-301 не было посадочных огней, в то время как ЛаГГ-3 нес посадочный огонь на передней кромке левого крыла. Прототип нес по одному позиционному огню на вершине каждого крыла, в то время как ЛаГГ-3 имел по два позиционных огня на крыло: один сверху, а другой снизу, причем огни были несколько сдвинуты от кромки крыла.
Серийные ЛаГГи имели несколько отличное от И-301 вооружение. Вооружение ЛаГГ-3 состояло из двух 12.7-мм пулеметов УБС системы Березина (боезапас — 220 выстрелов на ствол), скорострельность которых достигала 800 выстрелов в минуту. Эти два пулемета размещались в передней части фюзеляжа, под крышкой капота. Третий УБС находился в развале блоков цилиндров и стрелял через вал винта. Кроме того, на истребителе имелись два 7.62-мм пулемета ШКАС, расположенные в верхней части фюзеляжа перед кабиной пилота под обтекателем. Скорострельность пулеметов составляла 1800 выстрелов в минуту, боезапас равнялся 325 выстрелов на ствол. Эти два пулемета и боезапас к ним привели к тому, что серийные ЛаГГи были гораздо тяжелее прототипа И-301.
ЛаГГ-3 оснащались прицелом ПБП-1, в дальнейшем на самолеты стали устанавливать более совершенные прицелы ПБП-1А. Прицел рефлекторного типа ПБП-1 имел два дефлекторных кольца, одно для скоростей порядка 200 км/ч, а второе — 300 км/ч. Прицел не обеспечивал необходимой точности огня, поэтому на практике пилоты предпочитали открывать огонь наверняка, сев на хвост самолета противника или с лобовой атаки. Учитывая опыт гражданской войны в Испании, пилот получил 10-мм бронеспинку.
На самолете стояли пять самогерметизирующихся топливных баков, изготовленных из магний-алюминиевого сплава. Сверху баки были закрыты четырьмя слоями прорезиненной материи с фенолформальдегидной пропиткой, обеспечивающей самогерметизацию. Кроме того, дополнительная противопожарная безопасность обеспечивалась за счет нагнетания в топливные баки выхлопных газов, отводившихся из левого выхлопного патрубка. ЛаГГ-3 был в то время единственным советским истребителем, использовавшим подобную противопожарную систему. Топлива в баках хватало самолету для 2.5-часового полета на расстояние 900 км с крейсерской скоростью 455 км/ч.
ЛаГГ-3 был почти на 300 кг тяжелее Яка-1, что объяснялось цельнодеревянной конструкцией самолета Лавочкина-Горбунова-Гудкова.
На ЛаГГе-3 стоял двенадцатицилиндровый V-образный двигатель М-105П мощностью 1100 л.с., созданный в КБ Климова по образцу мотора Hispano-Suiza HS 12Y. Двигатель HS 12Y выпускали под обозначением М-100, а М-105 представлял собой модификацию М-100. М-105П имел двухскоростную двухступенчатую систему наддува центрифужного типа, которую использовали на низких и средних высотах. В качестве пропеллера использовали трехлопастный винт ВИШ-61П с гидравлической системой изменения шага типа Р-6. Винт ВИШ-61П был изначально предназначен для истребителей, вооруженных пушкой.
По сравнению с И-301 первые серийные самолеты были на 70 кг тяжелее и развивали меньшую максимальную скорость. На летные качества также отрицательно сказывалась недостаточная полировка внешних поверхностей серийных самолетов.