Все три соавтора ЛаГГ-3 на своих заводах начали проработку замены двигателя на М-82. Горбунов опередил всех. Недолго думая, он просто заменил носовую часть фюзеляжа ЛаГГ-3 готовой носовой частью Су-2. Начальство это одобрило, и самолет под индексом Ла-5 был запущен в серию в Таганроге. Гудков в Москве дальше бумажного проекта Гу-82 и одного нелетавшего самолета не продвинулся. А Лавочкин со своими конструкторами в Горьком приступил к этой работе в декабре и решил выжать из нового двигателя максимум возможного за счет тщательного проектирования новой силовой установки. Но для серийного завода было очень важно сохранить как можно больше узлов и деталей ЛаГГ-3. Поэтому было решено не менять силовую конструкцию носовой части фюзеляжа, а нарастить обводы до круглого капота нового двигателя фанерными накладками. Серийный ЛаГГ с мотором М-82 взлетел с заводского аэродрома в Горьком 21 марта 1942 года под управлением капитана Мищенко. Только в полете можно было узнать, как обдуваются цилиндры двухрядной «звезды» в новой компоновке. Оказалось, что верхние и нижние цилиндры перегреваются. Представитель моторного завода предложил изменить форму дефлекторов этих цилиндров, и постепенно равномерность распределения температуры восстановилась. Опытный самолет летал.
Для испытаний государственных в Горький прибыли летчики НИИ ВВС и ЛИИ. Они подтвердили максимальную скорость истребителя 600 км/ч и хорошую маневренность, но отметили перегрев двигателя. Маслорадиатор ЛаГГ-3 не обеспечивал теплосъем с более мощного двигателя. Выручил маслорадиатор для двигателя М-107, который привезли уже заселявшиеся на заводе яковлевцы. Но Яковлев уже приказал опытную машину Лавочкина в цех не пускать, и ее пришлось дорабатывать на стоянке. Через десять дней, отпущенные на устранение недостатков, выявленных на госиспытаниях, новорожденный и единственный Ла-5, уже с новым маслорадиатором под капотом, продемонстрировал свою полную готовность воевать. Он был принят на вооружение 19 мая 1942 г. А на следующий день — новое постановление ГКО и приказ НКАП, отменяющие предыдущие. Задание по выпуску истребителей Як-7 с завода № 21 снять и на заводе развернуть выпуск истребителя Ла-5 с мотором М-82. Главным конструктором завода № 21 назначить Лавочкина С.А.
Конструкторские решения Лавочкина по минимизации изменений обеспечили очень короткий срок подготовки серийного производства нового истребителя. Уже в июне 1942 года строевые летчики начали принимать новые истребители, с первых же дней отлично зарекомендовавшие себя в боях.
В августе и сентябре 1942 года первые полки незнакомых немцам Ла-5 появились в небе над Смоленском и Сталинградом. Там проходили войсковые испытания нового истребителя, получившего индекс Ла-5.
Хотя Ла-5 и был в то время лучшим советским истребителем, его внедрение в серийном производстве протекало драматично и потребовало от Лавочкина чрезвычайного напряжения и упорства.
Сначала выяснилось, что серийные Ла-5 недодают 40–50 км/ч скорости. Оказалось, что зазор между двигателем и его обтекателем не соответствовал чертежам конструктора.
Потом на серийных самолетах появилась тряска из-за некачественной балансировки лопастей винта. И наконец, когда во время заводских летных испытаний два самолета потерпели катастрофу из-за того, что у них сложились крылья, над всем проектом нависла угроза. Но Лавочкин очень быстро нашел причину. Оказалось, что «стахановцы» на сборке внедрили свою «рационализацию». Чтобы облегчить себе процесс стыковки крыльев, они кувалдой предварительно вбивали в отверстия проушин болты большего диаметра, но при этом создавали трещины проушин и предпосылки их разрушения в полете. Когда причины производственных дефектов были устранены, производство Ла-5 начало быстро наращивать темпы. В октябре 1942 года Ла-5 был запущен в серийное производство на заводах в Улан-Удэ и в Нижнем Тагиле. К концу 1942 года фронту было поставлено более тысячи истребителей.
Разработав систему непосредственного впрыска, Швецов значительно увеличил мощность мотора М-82. Лавочкин ответил Швецову за такой подарок новой конструкцией автоматических предкрылков, увеличением площади элеронов и радикальным улучшением системы управления. Истребитель Ла-5ФН стал легко управляемым и желанным для летчиков. Он был на 350 кг легче, имел отличную скорость и был вооружен двумя пушками 20 мм. В 1943 году он стал лучшим советским истребителем, выпускался большой серией, и, когда эти машины появлялись в воздухе, немецкие истребители предпочитали не вести с ними воздушные бои.
Самый результативный летчик, одержавший до конца войны 62 победы, трижды Герой Советского Союза Иван Кожедуб, знаменитые братья Глинки и много других прославленных асов летали на «лавочках».