Вторая половина 1942 года. Советские истребительные полки постепенно перевооружаются с ЛаГГ-3 на Ла-5, однако конструкторское бюро Лавочкина продолжает доводку исходной машины. Цель заключается в максимальном облегчении конструкции и улучшении аэродинамики, чтобы устранить главные недостатки ранних серий. Результатом становится самолёт 34 серии, который многие пилоты считают лучшим вариантом ЛаГГ-3
Главное изменение 34 серии касается силовой установки. Двигатель М-105ПФ форсирован до взлётной мощности 1180 лошадиных сил. Воздушный винт заменён на трёхлопастный ВИШ-61П диаметром 3 метра. Эти меры позволили поднять максимальную скорость у земли до 501 километра в час, а на высоте до 560 километров в час. Время виража сократилось, а скороподъёмность достигла 685 метров в минуту. Практический потолок составил 9000 метров.
Максимальная скорость ранних серий ЛаГГ-3 с двигателем М-105П обычно не превышала 540 километров в час на высоте, поэтому прирост характеристик оказался заметным даже без смены силовой установки. Форсированный М-105ПФ получил повышенное давление наддува и изменённые режимы работы карбюратора, что улучшило тягу на малых и средних высотах, где проходила основная часть воздушных боёв Восточного фронта.
Конструкторы провели серьёзную работу по облегчению планера. Масса пустого самолёта снижена до 2650 килограммов, взлётная масса не превышает 3363 килограммов. Для сравнения, ранние серии ЛаГГ-3 весили на 150-200 килограммов больше. Облегчение достигнуто за счёт замены части деревянных деталей более лёгкими, а также за счёт уменьшения толщины фанерной обшивки. При этом прочность конструкции сохранилась.
ЛаГГ-3 изначально создавался с широким использованием дельта-древесины, пропитанной бакелитовым лаком. Такой материал обладал высокой прочностью и огнестойкостью, однако значительно увеличивал массу самолёта. На ранних сериях именно избыточный вес стал одной из главных причин плохой динамики разгона и низкой вертикальной манёвренности. На 34 серии часть силовых элементов перерабатывается, а технологию производства упрощают для снижения массы и трудоёмкости сборки.
Управление самолётом заметно улучшилось. На 34 серии установлены рули высоты и поворота с аэродинамической компенсацией, что снизило нагрузки на ручку и педали. Введены предкрылки на крыле, которые задерживают срыв потока на больших углах атаки. Частично убирающийся костыль уменьшил лобовое сопротивление. Лётчики отмечали, что машина стала более устойчивой на виражах и лучше слушается рулей.
Однако управление рулём поворота оставалось тяжеловатым. Предкрылки работали автоматически и выпускались под действием аэродинамических сил при выходе на большие углы атаки. Это уменьшало вероятность внезапного сваливания в штопор во время горизонтального манёвра. На ранних сериях ЛаГГ-3 подобное поведение считалось одной из серьёзных проблем, особенно для молодых пилотов с ограниченным налётом.
Вооружение 34 серии составляли одна 20-миллиметровая пушка ШВАК с боекомплектом 150 снарядов и один 12,7-миллиметровый пулемёт БС с 200 патронами. Пушка размещалась в развале цилиндров двигателя и стреляла через полый вал винта. Такая схема обеспечивала хорошую кучность, но создавала проблемы с охлаждением оружия при длинных очередях. Дополнительно самолёт нёс до шести реактивных снарядов РС-82 или РС-132 на наружных подвесках.
Ранние серии ЛаГГ-3 нередко оснащались тремя пулемётами и пушкой одновременно, что дополнительно увеличивало массу самолёта. На 34 серии состав вооружения упрощается ради улучшения лётных характеристик. Пушка ШВАК обладала высокой скорострельностью до 700–800 выстрелов в минуту, однако эффективность 20-миллиметрового снаряда против прочных бомбардировщиков считалась недостаточной. При использовании реактивных снарядов резко ухудшалась аэродинамика самолёта и снижалась скорость.
Серьёзной переработке подвергается и система охлаждения. Воздухозаборник карбюратора переносится в корневую часть крыла, уменьшается сопротивление подфюзеляжного радиатора, изменяется форма маслорадиаторов. На высоких скоростях ранние ЛаГГ-3 страдали от перегрева масла и потери мощности двигателя. На 34 серии эти проблемы удаётся частично уменьшить. Одновременно улучшается обзор вперёд за счёт снижения высоты гаргрота и переработки фонаря кабины.
34 серия строилась на заводе № 21 в Горьком с конца 1942 года. Объёмы выпуска были ограниченными, так как завод переходил на выпуск Ла-5. Большинство самолётов 34 серии попало в части ПВО и в учебные полки. Некоторые экземпляры воевали на Калининском и Воронежском фронтах в составе разведывательных авиаполков. Пилоты ценили 34 серию за более высокую скорость и лучшую манёвренность по сравнению с ранними ЛаГГ-3, но всё равно считали её тяжелее и инертнее, чем Як-1 или Ла-5.
В горизонтальном манёвре 34 серия уже могла вести бой с Bf 109G на средних высотах, однако сохраняла худшую вертикальную манёвренность и более медленный разгон. Немецкие пилоты отмечали хорошую живучесть конструкции ЛаГГ-3. Дельта-древесина хуже воспламенялась при попаданиях по сравнению с обычными деревянными элементами, а жидкостная система охлаждения двигателя была компактнее, чем у ранних советских рядных моторов.
Лётчики ПВО положительно оценивали устойчивость самолёта как платформы для стрельбы. На больших скоростях ЛаГГ-3 сохранял достаточно жёсткое крыло и меньше страдал от вибраций при ведении огня. При пикировании самолёт мог развивать скорость свыше 650 километров в час, сохраняя управляемость. В то же время высокая нагрузка на крыло ухудшала характеристики взлёта и посадки, особенно с грунтовых аэродромов.
ЛаГГ-3 34 серии стал логическим завершением эволюции этого спорного истребителя. Конструкторам удалось снять многие недостатки исходной машины, превратив её наконец в полноценный боевой самолёт. Однако время было упущено. Основным истребителем советских ВВС на 1943 год стал Ла-5, который унаследовал лучшие решения 34 серии, но имел более мощный радиальный двигатель и значительно лучшие характеристики. Тем не менее, именно 34 серия показала, что первоначальная концепция ЛаГГ-3 была не бесперспективной, а лишь нуждалась в доводке. К сожалению, эта доводка заняла почти два года войны, и в итоге планер Лавочкина пришлось переделывать под звездообразный мотор.