Примерно 200 истребителей с моторами М-82 построили с накладными фальшбортами, а затем сделали стапель для выклейки нового фюзеляжа. Все серийные Ла-5 оснащались радиоприемниками, а каждый третий — и радиопередатчиком (машины командиров звеньев и выше). После непродолжительного периода, когда выпускавшиеся Ла-5 обладали значительным количеством производственных дефектов, прежде всего в винтомоторной группе, качество продукции удалось улучшить. Серийные Ла-5 обладали характеристиками, худшими по сравнению с данными опытной машины (обычное явление при изготовлении самолетов деревянной конструкции), уступая опытной машине примерно 20 км/ч на всех высотах, зато были более безопасны для летчиков при энергичном маневрировании за счет установки предкрылков.
Первым из советских авиационных частей истребителями Ла-5 был вооружен 49-й Краснознаменный иап (истребительный авиационный полк), входивший в состав 234-й иад (истребительной авиационной дивизии) 1-й воздушной армии Западного фронта. В период с 14 по 24 августа 1942 г. полк совершил 180 боевых вылетов и сбил 16 самолетов противника, потеряв десять своих истребителей и пять пилотов. В докладе НИИ ВВС главному инженеру ВВС генералу А.К. Репину отмечалось:
«Первый опыт эксплуатации моторов М-82 на самолетах-истребителях показывает удовлетворительные результаты. Летный и технический состав дает положительную оценку самолету ЛаГГ-5…»
Осенью 1942 г. руководство ВВС КА зафиксировало появление на фронте новых немецких истребителей Bf 109G-2 и FW 190А. Обе машины обладали максимальной скоростью полета, превышавшей 610 км/ч на расчетной высоте, в то время как серийный Ла-5 мог разогнаться только до 580 км/ч на высоте 6200 м. В декабре 1942 г. Лавочкин получил распоряжение о срочной установке на истребитель Ла-5 мотора М-82Ф, отличавшегося от обычного М-82 неограниченной продолжительностью работы на форсаже на первой ступени приводного нагнетателя (прежде форсирование более чем на 5 минут запрещалось, а реально летчики вовсе не использовали этот режим из-за сильного перегрева двигателя). В результате номинальная мощность мотора у земли выросла на 160 л.с., что обеспечило заметное увеличение скорости полета и скороподъемности в диапазоне высот от земли до высоты 2500 м, однако при этом максимальная скорость на больших высотах осталась прежней. Все же установка моторов М-82Ф при отсутствии «видимого прогресса» в абсолютных показателях оказалась очень важной. Большинство боев на советско-германском фронте происходило на высотах менее 3000 м, и именно в этом диапазоне скоростные качества Ла-5Ф заметно улучшились (по данным Научно-испытательного института ВВС КА, лавочкинский истребитель превосходил здесь и Bf 109G-2, и FW 190А).
Во второй половине 1942 г. небольшое количество Ла-5 построил тбилисский завод № 31, а с 1943 г. к производству машины с мотором воздушного охлаждения подключили завод № 99 в Улан-Удэ и № 381 в Нижнем Тагиле. Однако все три упомянутых предприятия внесли незначительный вклад в общую «копилку» — не более 8 % от суммарного числа построенных истребителей Ла-5. Основную нагрузку нес горьковский завод № 21, где в 1943 г. ежедневный выпуск «пятерок» довели до 16 машин. Иными словами, каждые два дня на фронт подавалось количество самолетов, необходимое для укомплектования нового авиаполка.
В январе 1943 г. завершились государственные испытания модернизированного истребителя Ла-5Ф (№ 9210101), отличавшегося уменьшенным запасом топлива (вместо пяти баков он имел всего три, что способствовало уменьшению массы машины, но сократило дальность полета) и пониженным гаргротом фюзеляжа. Обзор из кабины назад стал гораздо лучше. Были введены и некоторые усовершенствования в аэродинамике, в частности проведена герметизация стыков, створок капота, туннеля маслорадиатора, других мероприятий по рекомендациям ЛИИ и ЦАГИ. Вооружение машины состояло из пушки ШВАК-20 и пулемета УБС-12,7 мм. Самолет обладал максимальной скоростью 582 км/ч на высоте 3600 м (большей, чем у FW 190А-4 на этой же высоте) и 600 км/ч — на 6300 м (здесь он уступал немецкому истребителю).