Originalmente diseñado como un caza-interceptor de gran altitud, el combate en el Frente Oriental se realizaba generalmente en altitudes más bajas, donde era inferior al Messerschmitt Bf 109 alemán como la mayoría de sus contemporáneos soviéticos.

También se puso en servicio como cazabombardero durante el otoño de 1941, pero tampoco era adecuado para esto.

Tras el éxito de su primer vuelo, pasó a la Fuerza Aérea Soviética para sus pruebas oficiales.

Algunos MiG-3 producidos, se les encontró un comportamiento inaceptable en altitud, debidos a la presión del combustible y el aceite.

También se encontró, que algunos pilotos, intentaban volar el MiG-3 como si fuera los anteriores cazas, (especialmente, los Polikarpov I-15, I-153 e I-16).

En los dos años siguientes, el MiG-3, sufrió algunos nuevos cambios, incluido el aumento de sus cañones y ametralladoras.

Durante el resto de la guerra, Mikoyán y Gurévich continuaron desarrollando el MiG-3 como caza interceptor de gran altitud, como originalmente había sido diseñado, así como otros prototipos con mayores y más potentes, designados con los nombres I-220 o MiG 3-82 hasta el I-225[3]​ (Algunas Fuentes, asignan erróneamente la designación MiG-7 a una de estas aeronaves).

Hubo un intento final de salvar los aviones, remotorizándolos con el motor radial Shvetsov ASh-82, el mismo que se había usado para crear el Lavochkin La-5 desde el LaGG-3.

Dos prototipos finales, los I-230 e I-231,[3]​ intentaron hacerlos lo más parecido posible al original, aligerándolo considerablemente, pero con el MiG-3 relegado a misiones secundarias, la Fuerza Aérea Soviética, no estuvo interesada.