Низкая боевая эффективность ЛаГГ-3 в боях с немецкими истребителями послужила причиной ограничения его производства. Для улучшения летных качеств «ЛаГГа» необходима была коренная модернизация машины. С. Лавочкин решил проблему установкой мощного звездообразного 1700-сильного двигателя М-82. Крупногабаритный мотор удалось совместить с планером ЛаГГ-3 с минимальными переделками, чтобы не снижать темпы производства при переходе на новый тип самолета. Работы были выполнены за несколько месяцев, и в марте 1942 г. опытная машина впервые поднялась в воздух. Новый самолет имел скорость около 600 км/ч и обладал гораздо лучшей маневренностью и скороподъемностью по сравнению со своим предшественником.

Разработанный в ОКБ под руководством С. Лавочкина, В. Горбунова и М. Гудкова, опытный образец самолета - И-22 - впервые поднялся в воздух 30 марта 1939 г. Конструкция истребителя была необычна тем, что почти целиком состояла из дерева. Машина, получившая обозначение ЛаГГ-1, была рекомендована для серийного выпуска с условием увеличения дальности полета. Новый прототип, И-301 с увеличенными топливными баками в консолях крыла и 1050-сильным мотором М-105П, развил на испытаниях скорость 605 км/ч. В 1941 г. серийный истребитель был обозначен ЛаГГ-3 и строился сразу на пяти заводах. К началу войны было выпущено 322 таких самолета.

Прототип двухмоторного бомбардировщика-моноплана под обозначением ЦКБ-26 впервые поднялся в воздух в 1935 г. После целого ряда доработок в 1937 г. самолет был запущен в производство как ДБ-3 или ЦКБ-30 (ДБ - дальний бомбардировщик). Самолеты ранних выпусков оснащались 765-сильными моторами М-85, но в 1938 г. на ДБ-Зб стали устанавливать двигатели М-87 мощностью по 960 л.с. Несмотря на простую и прочную конструкцию, самолет обладал недостаточным оборонительным вооружением, состоящим всего из трех пулеметов калибра 7,62 мм, и во время «зимней войны» с Финляндией в 1939-40 гг. подразделения этих бомбардировщиков понесли большие потери.

Немецкие солдаты на Восточном фронте с почтительным ужасом называли этот самолет «черной смертью». Опытный одноместный образец штурмовика под обозначением ЦКБ-57, пилотируемый летчиком В. Коккинаки, совершил первый полет в конце 1939 г. Оснащенный тяжелой бронезащитой передней части фюзеляжа и рядным мотором AM-38 мощностью 1665 л.с., прототип прошел государственные испытания весной 1941 г. Затем началось серийное производство самолета, и до начала нападения Германии на СССР было выпущено 249 штурмовиков Ил-2.