В течение года установка радиального двигателя М-82 на ЛаГГ-3 превратила этот печально известный истребитель в один из самых эффективных самолётов Второй мировой войны, а также изменила статус Лавочкина. В 1942 году существовала реальная опасность закрытия ОКБ Лавочкина; большинство ведущих инженеров были переведены в другие места.
Первоначальная причина, по которой был выбран альтернативный двигатель, заключалась в том, чтобы защитить основные программы по созданию боевых самолётов от нехватки или серьёзных проблем с существующими двигателями. Примерно в августе 1941 года конструкторским бюро Ла, МиГ и Як было отправлено указание установить недавно сертифицированный радиальный двигатель М-82 на их серийные истребители. Гудков сделал это самостоятельно.
Лавочкин получил непосредственную помощь от конструкторского бюро А. Д. Швецова и, в отличие от Гудкова, не пытался провести минимальную переделку, а установил двигатель М-82. Работы начались в конце сентября 1941 года в Тбилиси. Основными проблемами были: больший вес двигателя (около 850 кг по сравнению с 600), который был уменьшен примерно на 70 кг в задней части за счет удаления заполненного водой радиатора, обтекателя воздуховода, заслонки управления и трубопроводов; большая ширина двигателя на 1260 мм по сравнению с 777-м; и более низкая тяга. С положительной стороны можно отметить уменьшение длины двигателя, что значительно облегчило проблему смещения центра тяжести и обещало устранить основную причину плохой маневренности.
Инженер-конструктор Валединский и проектировщики Лавочкина создали конструкцию с плотно прилегающим капотом с центральным обтекателем над редуктором, радиальными регулируемыми лопастями для охлаждения воздуха за большим вентилятором и выхлопными трубами, собранными в левую и правую группы по семь штук, которые выходят через откидную дверцу, регулирующую поток воздуха на выходе. Впускное отверстие для нагнетателя находится сверху, масляный радиатор — снизу.
Воздушный винт ВИШ-105В, трёхлопастной, диаметром 3,1 м, с гидравлическим управлением и балансировкой. Бронирование сиденья 10 мм, вооружение — два ШВАКа по 200 патронов. Баки, как у ЛаГГ-3, пять баков общей ёмкостью 462 или 464 литра, остальная часть самолёта также почти не изменилась. Изготовлен в небольшом цеху ОКБ за пределами главного завода в Тбилиси в декабре 1941 года.
Первые испытания дали неоднозначные результаты и привели к многочисленным изменениям в деталях, таким как элероны со слегка смещёнными осями и постепенно увеличивающейся хордой только на нижней стороне, от кончика до внутреннего края, что обеспечивало более аэродинамический баланс. Когда в конце марта пилоты И.Е. Фёдоров и А.И. Никашин подняли в воздух Ла-5, они были впечатлены, и Никашин лично доложил об этом Сталину. Результатом стала ускоренная программа государственных испытаний, проведённая группой под руководством полковника И.В. Фролова, в которую входили пилоты А. Якимов и А. Кубишкин, а также инженеры В. Сагинов и А. Фролов. Испытания начались в апреле 1942 года и привели к тому, что в июле было дано приоритетное указание о максимальном наращивании производства Ла-5. Первые десять Ла-5 были собраны за три недели.
В мае 1944 года было представлено новое крыло с дюралюминиевыми лонжеронами и стойками, подтип, получивший название Ла-5ФН; в то же время это крыло было установлено на истребитель с улучшенным фюзеляжем Ла-7. Уменьшение размеров лонжеронов позволило снизить вес конструкции на 172 кг и увеличить запас топлива до 560 литров.
Общий объём производства составил 9920 экземпляров. Размах крыла 9,8 м; длина 8,71 м (с двигателем ФН — 8,67 м; с двигателем УТИ — то же.