Последней, наиболее совершенной модификацией стал ЛаГГ-3 66-й серии, на котором были внедрены рекомендации ЦАГИ в области аэродинамики планера самолета. Некоторые изменения были внесены в конструкцию самолета на основании разработок КБ Яковлева по самолету Як-1Б.   На ЛаГГ-3 установили новый фонарь (аналогичный с Ла-5) с передним (55 милиметровым) и задним бронестеклами и пониженным гаргротом, что улучшило осмотрительность в задней полусфере. Дефицитную дельта - древесину постепенно заменяли обыкновенной сосной, имеющей значительно меньший удельный вес. Были так же внедрены меры по уменьшению взлетной массы самолета, за счет облегчения и модернизации оборудования самолета. Взлетная масса ЛаГГ-3 66-ой серии уменьшилось до 2990 килограммов (что было не намного больше "облегченного" ЛаГГ-3 1942 года). Летные характеристики самолета ЛаГГ-3 66-ой серии (максимальная скорость - 591 километров в час и скороподъемность - 893 метров в минуту) позволяли на равных сражаться с основными немецкими истребителями восточного фронта Bf.109G-6 и Fw.190A-3. Однако все же ЛаГГ-3 уступал им в вооружении.
Самолеты 66-й серии строились в Тбилиси с весны 1943 г. до середины 1944 г. Всего было произведено 6528 истребителей ЛаГГ-3 66-ой серии.
Истребители 66-ой серии принимали участие в битве над Кубанью.  В Кубанском воздушном сражении принимало участие несколько полков, вооруженных ЛаГГами, в их числе 88-й ИАП. Один из истребителей этой части с надписью на борту "Советская Грузия" (на грузинском языке) по ошибке приземлился на аэродроме, где базировались штаффели JG-52.
В морской авиации ЛаГГи использовались на Балтике и на Черном море. На Балтике их имел на вооружении 3-й гвардейский полк, первый полк морской авиации, удостоенный 18 января 1942 г. гвардейского звания (ранее - 5-й ИАП). Летчик этого полка И.Каберов сбил на ЛаГГе СБ, захваченный финнами в качестве трофея. В ВВС Черноморского флота ЛаГГами был вооружен9-й ИАП. Широко известно изображение самолета летчика этого полка Юрия Шилова с восемью победными звездочками и львиной мордой на борту фюзеляжа. На ЛаГГах 9-й полк отлетал почти всю войну.
Вообще, в корне неверно достаточно широко распространенное мнение о ЛаГГ как о истребителе начального периода войны. Так в 1944 г. в составе ВВС Красной Армии числилось 594 ЛаГГ-3. Конечно, ЛаГГи уже не использовались "на направлении главного удара", уступив место более совершенным Ла-5 и Ла-7, Як-9 и ЯК-3, В конце войны ЛаГГи воевали, главным образом, на Балтике и Карельском перешейке, где основным противником выступали финны, имевшие истребители далеко не самых последних моделей. Дальше всего на Запад продвинулись истребители ВВС Балтийского флота: ЛаГГи 3-го ГИАП закончили войну в Курляндии. К маю 1945 г. в строевых частях ЛаГГов практически не осталось. Даже на Дальнем Востоке часть полков, имевших на вооружении ЛаГГи, получила новую технику, в частности 300-й ИАП, в котором служил будущий реактивный ас Корейской войны Евгений Пепеляев, перевооружили с ЛаГГ-3 на Як-9.