没有了 AM-35 发动机，米格还在继续对米格-3 改进，希望能咸鱼翻身。改进的重点在两个方面：一是用气冷星形的 M82 发动机替代 AM35 发动机，这样可以避开斯大林不准和伊尔-2 争抢发动机生产能力的禁令；另一方面是根据前线使用经验，在气动上对米格-3 进行修改，以达到更高的性能。米格试图用气冷星形 M-82 发动机改装米格-3 的努力不成功。M-82 比 AM-35 直径大很多，也更重，修长的米格-3 的机身和粗短的 M-82 怎么配合怎么别扭，连接和过渡很难处理，在风洞和实飞中都出现显著的涡流阻力。米格还不断用新技术研制更新的战斗机，包括加装涡轮增压。有意思的是，米格的涡轮增压没有委托发动机设计局，而是自己设计的，负责的就是年轻的罗斯蒂斯拉夫·贝利亚科夫，30 年后执掌米格设计局，主持设计了米格-29。部分米格新机达到试飞阶段，其中一些直接加入莫斯科的防空部队，边作战边试飞。不断的小步快跑使新研制的战斗机不仅在速度、操控上有所改进，也在飞机的制造和设计细节上达到了一个新高度。全金属构造（米格-3 还是传统的木质框架、胶合板蒙皮构造）、加压座舱等都在这个时期实现，为以后进入喷气时代打下了基础。
米格-5（也称 DIS）是米格设计局在战时的一个流产的设计，在设计概念上和 P-38、Me 110 相似，打算用作远程巡逻、护航、侦察、轻型轰炸任务
米格-9 就改装 M82 气冷发动机的米格-3，但改装不成功
伊-230 是对米格-3 全面改进的结果，在试飞时就加入莫斯科防空部队参加战斗飞行，这是第 12 近卫战斗机团的四架伊-230 之一
米格-3 尽管结实，但是当时传统的木质框架、胶合板蒙皮结构，这是女工们在胶敷后机身的木片，再胶上几层，后机身的这个部件就完成了
这时，德军进攻的浪潮已经在莫斯科城下被堵了回去，战争开始进入相持阶段，米格设计局迁回了莫斯科。但出乎意料的是，米格设计局没有回到原来的沃努科沃飞机工厂的地方，而是到了郊外一个空出来的兵营一角，连科研带生活只有几座零星的小房子，需要自己重新建设试验工场和研究设施。没有了生产任务的米格像一个孤儿一样，在为自己的生存而挣扎。但没有了生产任务，米格反而从依附于飞机工厂的设计局（KB）升级为独立的具有研究和设计能力的研究设计局（OKB），开始了很多并不着眼于立刻应用的飞行研究，为战后的腾飞打下了基础。相比之下，雅可夫列夫和拉沃奇金的设计局的战斗机依然在生产中，工作重点依然是生产和不断改进现有战斗机，反而没有这样的机会。正是塞翁失马，焉知非福。
二战期间米格设计局的大楼
39 到 40 年间米格设计局工作人员的宿舍，可算是简陋了
39 到 40 年间正在建设的米格设计局，当时还依附于沃努科沃飞机工厂
撤退前的第一个米格实验工厂，米格-1 和米格-3 样机就是在这里制造的
41 年正在建设的第一个米格设计大楼
