Пиковая ситуация, в которой оказалась советская истребительная авиация после испанского дебюта истребителя Messerschmitt Bf.109, потребовала мер экстраординарных. Горбунов и Лавочкин лучше других конструкторов знали возможности авиационной промышленности Советского Союза, возможно поэтому самолет они предложили цельнодеревянный. Во всем мире (в том числе и в СССР) использование древесины в качестве авиационного конструкционного материала в конце тридцатых годов считалось уже анахронизмом. В нашей стране, тем не менее, дерево продолжали использовать - сказывалась нехватка алюминия. Практически все созданные перед войной истребители имели смешанную конструкцию: компромисс между нехваткой дюраля и дешевизной, технологичностью древесины. Металл давал огромную экономию в массе: равнопрочная с деревянной, конструкция из дюраля весила на 40% меньше, но перед войной было принято стратегически правильное решение, ориентировавшее самолетостроителей на широкое использование в новых самолетах дерева.

Дальше всех в использовании дерева в истребителе пошли Горбунов и Лавочкин. Их конструкция является беспрецедентной в истории истребительной авиации. Английский цельнодеревянный Mosquito сравнивать с ЛаГГом вряд ли уместно. "Мосси" не рассчитывался на ведение маневренного воздушного боя, его стихия - скоростной полет с плавными разворотами. Новый самолет получил сначала шифр И-22, а потом И-301 (по номеру завода).

Определенное влияние на конструкцию самолета оказал французский спортивный самолет Caudron C.690, который был приобретен Советским Союзом под предлогом запуска в малую серию в качестве учебно-тренировочного истребителя. Однако в производство самолет запущен не был из-за отсутствия подходящего двигателя, а чертежи передали конструкторской группе Лавочкина. При создании своих цельнодеревянных истребителей они использовали технологию и целиком готовые узлы французского самолета.

И-301 проектировался в двух вариантах: высотный истребитель с мотором М-105 и турбокомпрессором ТК-2 и фронтовой истребитель с мотором М-106. Уже на этом этапе сказалась основная проблема отечественной авиации сороковых годов - проблема мотора. Перспективы М-106 виделись весьма туманными, по крайней мере, к первому полету самолета мотор не успевал. Особой ясности с турбокомпрессорами также не было.

Первым стали строить фронтовой истребитель, но вместо М-106 на нем предусматривалось установить М-105П. Самолет имел исключительно мощное, по сравнению с другими истребителями, вооружение - 23-мм пушку конструкции Таубина в развале блоков цилиндров и два крупнокалиберных пулемета БС. Предусматривалась установка еще двух ШКАСов.

Первый вылет на И-301 с Центрального аэродрома совершил 28 марта 1940 года. Летчик-испытатель Алексей Иванович Никашин отметил чрезмерные нагрузки на органы управления, вместе с тем он оценил пилотажные качества истребителя как удовлетворительные, а самолет - доступным летчикам средней и ниже средней квалификации.

Прототип был выполнен целиком из красной облагороженной древесины, включая лонжероны крыла и силовой набор фюзеляжа, и отполирован до блеска, за что был тут же наречен испытателями "роялем". Он достиг скорости 605км/час, хотя его серийный вариант ЛаГГ-3 в силу исполнения деревянной конструкции из толстой сосновой фанеры и шерохотоватой камуфляжной краски, к тому же перегруженный вооружением и топливом, редко летал быстрее 540км/час, а у земли - уступал И-16 всех модификаций.

Подобно яковлевскому И-26, И-301 госиспытаний не прошел, но тем не менее был рекомендован к запуску в серию.

Дополнительно была поставлена задача увеличить дальность полета до 1000км. Это была действительно беда - дополнительное топливо ухудшало летные характеристики самолета, увеличивало нагрузку (и без того предельную) на опоры шасси. Кроме того, это самое топливо требовалось где-то разместить, что на уже построенных самолетах сделать совсем непросто. Пришлось в отъемных частях крыла оборудовать два кессон-бака. И-301 с тремя топливными баками известен уже как ЛаГГ-1.