Серийное производство ЛаГГ-3 с 37-мм пушкой конструкции ОКБ-15 Шпитального решили развернуть на заводе №74. Установку орудий на “ЛаГГи” делали с учетом опыта, полученного в ходе войсковых испытаний истребителей К-37 Гудкова.

26 ноября вышло постановление ГКО №967сс о вооружении противотанковой авиации 37-мм пушками ОКБ-15 и завода №74 НКВ. Директора завода №21 Гостинцева А. Ф. обязали установить в самолеты “ЛаГГ“ 37-мм пушки ОКБ-15 и закончить выпуск 20-ти противотанковых самолетов “ЛаГГ” к 15 декабря 1941 года. Директор завода №18 Шенкман М. Б. обязывался установить в самолеты “Ил” тоже 37-мм пушки ОКБ-15, закончив выпуск 20-ти противотанковых самолетов “Ил” к 15 января 1942 года.

До конца 1941 года завод №74 выпустил всего 15 пушек (заводское обозначение ШМП). Их все передали заводу №21 для установки на ЛаГГ-3. На серийных пушках встречались дефекты, при отстреле возникало разбитие ствола в районе дульного тормоза. Но до конца февраля 1941 заводу все же удалось выпустить 20 ЛаГГ-3 с 37-мм пушкой. Кроме мотор-пушки на них был установлен один пулемет БС калибра 12,7-мм. Это были “ЛаГГи” как в основном 17-той, так и 15-той серии.

Сначала девять ЛаГГ-3 Ш-37 отправили в 42ИАП, шесть в 521ИАП, один в 172ИАП. Но уже в феврале их всех собрали в 42ИАП. 18 февраля 42ИАП перебазировался на аэродром “Набережная” (Щелково), где продолжили тренировки и изучение новых самолетов. Программу боевой подготовки полк успел выполнить только частично. В начале апреля его отправят на Брянский фронт в состав 7УАГ. Кроме не боевых, в этот период в полку будет две боевые потери.

2 марта 1941 Жигарев направил Маленкову заключению ВВС о пушке 37-мм ОКБ-15, в котором было указано, что 37-мм пушка системы Шпитального отработана, показала свои преимущества перед существующими и ее необходимо запустить в серийное производство. Ею необходимо вооружить самолеты ЛаГГ-3, Ил-2 и “Як”.

В марте-апреле на завод №21 отправили 100 пушек, но отсутствовал приказ на их установку. 17 апреля Шпитальный написал новому командующему ВВС Александру Александровичу Новикову, что приказ по войсковым испытаниям 37-мм авиапушек не выполняется. В 42ИАП осталось всего 11 самолетов, остальные небоеспособны и полеты не производят. Шпитальный просил перебазировать полк на аэродром с бетонной ВПП и пополнить полк истребителями с 37-мм пушками.

Полк вывели под Москву, а в мае 1941 года завод №21 выпустил еще 10 ЛаГГ-3 Ш-37, был подготовлен задел еще 20 самолетов. Но в конце месяца от руководства ВВС стали поступать распоряжения о заморозке производства пушек и истребителей с ними. Новиков считал, что приоритетом является улучшение летных характеристик истребителей.

После пополнения в 42ИАП числилось 12 ЛаГГ-3 Ш-37 и еще 3 ЛаГГ-3 с ШВАК. Полк отправили на Западный фронт в состав 202ИАД Бориса Владимировича Янсена. В июне 42ИАП занимался тренировками, отрабатывал использование пушки и бомб, прикрывал штаб 1ВА. До конца месяца в полк поступило еще 9 самолетов с завода №21, а по техническим причинам потеряли два истребителя.

6 июня на НИП АВ провели предварительные наземные стрельбы по трофейной немецкой бронетехнике, среднему танку Pz.Kpfw. III. Штатный 37-мм бронебойный снаряд пушки Шпитального с дистанции 500-550 метров при попадании под углом близким нормали пробивал броню корпуса танка толщиной 30-мм. При тех же условиях получили отрицательные результаты стреляя из пулемета БС, пушек ШВАК и ВЯ, РС. Начальник инспекции ВВС Красной Армии Василий Иосифович Сталин отправил Новикову докладную записку, в которой он сообщил о предварительных результатах стрельб. Он их посчитал удовлетворительными, но требовалось ускорить воздушные испытания, которые постоянно срывались из-за плохой организации и неисправностей мотора. Для быстрого проведения полных испытаний по применению 37-мм пушки необходимо взять в 42ИАП один исправный самолет. По мнению Василия Сталина для всех стрельб хватило бы одних суток.

Новиков поручил главному инженеру ВВС Александру Константиновичу Репину принять меры и в кратчайший срок закончить испытания, результаты доложить не позже 10-11 июля. Были организованы уже более всесторонние испытания. В результате, наиболее эффективным оружием для борьбы с немецкими средними и легкими танками признали 37-мм пушку. Для успешного ее применения необходимо соблюдать определенные условия стрельбы и способ атаки, что требует специальной подготовки летного состава.

42ИАП и 188ИАП из 202ИАД были переданы в оперативное подчинение 215ИАД, которой командовал Григорий Пантелеевич Кравченко. В 42ИАП было двадцать “ЛаГГов”, а в 188ИАП четыре Як-1. Основной задачей “Яков” было прикрытие более тяжелых ЛаГГ-3, которые должны атаковать танки и артиллерию противника пушечным огнем и бомбами. Истребители выполняли работу по перехвату бомбардировщиков, прикрывали свои аэродромы, железнодорожные станции и перегоны.

Полки действовали с аэродрома Одоева. За период боевых действий с 5 по 14 июля 1942 года 42ИАП заявил о сбитии 14 самолетов, 188ИАП о еще 11. В воздушных боях с истребителями противника 42ИАП потерял четыре ЛаГГ-3, три летчика не вернулись. Огнём зенитной артиллерии подбит один ЛаГГ-3, который отправили в заводской ремонт. Летчик Максимов был ранен в воздушном бою, самолет остался невредим. По причине не выпуска шасси была одна не боевая потеря, “ЛаГГ” отправили в ремонт.

По результатам войсковых испытаний отметили, что при прямом попадании 37-мм снаряда в Ju.88 или Bf.109 самолет разрушался. Командир 42ИАП Фёдор Иванович Шинкаренко четырьмя снарядами сбил один Ju.88 и один Bf.109. В том же бою командир звена ст. лейтенант Зайцев семью снарядами сбил два Ju.87. Эффективность применения 37-мм пушек по танкам и артиллерии определить не удалось, так как не было данных от наземных войск.

30 июля началась Ржевско-Сычёвская операция. Первыми в наступление перешли войска Калининского фронта, затем и армии Западного фронта. 42ИАП передали в оперативное подчинение 234ИАД Юрия Александровича Немцевича. Полк занимался поддержкой наступательных операций 31-ой и 33-й армий. За месяц боев 42ИАП заявил о сбитии 31 самолета противника (в том числе 27 Ju.88 и 4 Bf.109) и еще три было подбито, при потере семи своих ЛаГГ-3.

К началу сентября в 42ИАП осталось 3 исправных и 3 неисправных ЛаГГ-3, которые в боях практически не участвовали. После потери еще двух самолетов полк в середине месяца отправили на переформирование.

Государственный комитет обороны еще 20 июля 1942 издал постановление №2066сс о вооружении самолетов ЛаГГ-3 и Як-7 пушками калибра 37-мм. Завод №21 к 15 августа обязали выпустить 20 самолетов ЛаГГ-3 с вооружением – одна пушка калибра 37-мм с боезапасом в 20 снарядов и один пулемет БС. Еще 20 таких же “ЛаГГов” должны были выпустить к 1 сентября 1942 года. Завод №153 обязывался выпустить 20 Як-7 с таким же вооружением к 5 сентября. Командующего ВВС КА товарища Новикова обязали сформировать три истребительных полка на этих самолетах.

К этому времени завод №21 уже выпускал ЛаГГ-3 “тип 34”. В августе 291ИАП и 486ИАП получили на вооружение истребители ЛаГГ-3 с 37-мм пушкой. Три ЛаГГ-3 Ш-37 из состава 291ИАП передали в НИП АВ на сравнительные испытания с ЛаГГ-3 НС-37.

Серийный ЛаГГ-3 Ш-37 №31213445 отправили в НИИ ВВС, его испытания начались 25 августа 1942 года. Истребитель имел пять топливных баков, предкрылки, двигатель М-105ПФ, винт ВИШ-105СВ, рули высоты и поворота с увеличенной аэродинамической компенсацией, полуубирающийся костыль, радиостанция РСИ-4 и РПК.

В ходе испытаний самолет показал скорость у земли 501 км/ч, на второй границе высотности скорость – 560 км/ч. При полетном весе 3363 кг истребитель ЛаГГ-3 Ш-37 №31213445 набирал высоту 5 км за 7,3 минуты. На полигонных испытаниях 37-мм пушка самолета работала вполне удовлетворительно. Истребитель был рекомендован для поражения танков и бронемашин противника, имеющих броню до 40-мм. Но бронирование самого самолета для действия по наземным целям признали недостаточным.

17 сентября 1942 при взлете с правой стойки шасси ЛаГГ-3 Ш-37 №31213445 соскочило колесо. Во время посадки самолет встал на нос, перевернулся и был разбит. Летчик остался невредим.

В сентябре 291ИАП отправили под Сталинград в состав 220ИАД 16ВА. В отчете о применении истребителей отметили, что вооружение самолета 37-мм пушкой эксплуатацию последнего не усложнило. Было сбито 13 самолетов противника и подбито еще 4. Самым удачным оказался первый боевой вылет 19 сентября 1942 года, когда заявили о сбитии 5 Bf.110, 1 Ju.88, 1 Ju.87 и 2 Bf.109. После сентябрьских боев 291ИАП перевели на прикрытие тыловых коммуникаций.

486ИАП с истребителями ЛаГГ-3 Ш-37 вошел состав 106ИАД ПВО в октябре 1942 года. Соединение прикрывало тылы Калининского фронта. Позже 486ИАП перевооружили на Ла-5, а “ЛаГГи” передали в 253ИАП, где вплоть до начала 1944 года на них совершали боевые вылеты.

После переформирования 291ИАП свои ЛаГГ-3 Ш-37 передал в 581ИАП. Затем часть машин получил 739ИАП. К 1944 году единичные ЛаГГ-3 с 37-мм пушкой оставались в составе частей на второстепенных участках фронта.