Відповідно до Ухвал СНК №1238-517 від 9 травня і №1246-520 від 10 травня 1941 р., а також наказом НКАП №438 від 13 травня 1941 р. почався серійний випуск двигунів повітряного охолоджування М-82 на заводі №19. У зв'язку з цим Головним конструкторам А.І.Мікояну, Н.Н.Полікарпову, П.О.Сухому і А.С.Яковлєву доручалося забезпечити установку мотора М-82 на своїх літаках.Льотні випробування модифікації винищувача МІГ-3 з двигуном М-82 наказувало почати 1 липня 1941 р. Перший льотний мотор був отриманий 18 травня 1941 р., а до середини червня в ОКБ-155 закінчили розробку креслень і почали агрегатну збірку першої дослідної машини.В порівнянні з винищувачем МІГ-3 літак, що отримав найменування МІГ-9, мав наступні конструктивні зміни. Фюзеляж розширили в передній частині відповідно до габаритів мотора М-82А і підняли на 100 мм відносно крила. У зв'язку з цим були змінені залисини центроплану, а на хвостову частину фюзеляжу поставили фанерні накладки для плавного сполучення з головною частиною. Верх кіля зрізали, а на кермі напряму зробили рогову компенсацію.У зв'язку з установкою нового мотора була змінена вся гвинтокорила група. Капот мотора типу МАСА з чотирма легкозйомними панелями для обслуговування ВМГ. Відведення відпрацьованих газів здійснювалося двома вихлопними колекторами. Запас палива розмістили в чотирьох протектованних бензобаках загальною місткістю 488 літрів. Охолоджування масла забезпечували два восьмидюймові радіатори ВМС-8, які розмістили в нижній частині ВМГ в одному тунелі. Гвинт АВ-5-127А діаметром 3 м.За розрахунковими даними новий винищувач повинен був мати максимальну швидкість 630 км/год на висоті 6500 м і 530 км/год у землі, а висоту 5000 м набирати за 4,9 хв. Його озброєння складалося з трьох синхронних кулеметів УБС калібру 12,7 мм з боєзапасом по 200 патронів і двох синхронних кулеметів ШКАС калібру 7,62 мм з боєзапасом по 650 патронів.Перший дослідний екземпляр винищувача МІГ-9 №6501 з двигуном М-82А побудували літом 1941 р. і передали в ЛІЇ на заводські льотні випробування. Перший виліт відбувся 23 липня 1941 р., літак пілотував льотчик-випробувач військового представництва М.І.Марцелюк. 25 серпня до випробувань підключили другий дослідний екземпляр, на якому почали відстріл озброєння. З складу озброєння літаків був виключений лівий кулемет ШКАС. Льотні випробування МІГ-9 №6502 проводив льотчик-випробувач А.П. Якимов. Незабаром у виробництво була запущена військова серія.Тим часом в кінці серпня 1941 р. НДІ ВВС видав висновок за ескізним проектом винищувача МІГ-9. У висновках було відмічено, що проектована машина за розрахунковими даними має в порівнянні з літаком МІГ-3 значні переваги по максимальних швидкостях і скоропідйомності на малих висотах, а також по злітних властивостях і озброєнні. У зв'язку з тим. що літак МІГ-9 вже був побудований, військові рекомендували форсувати його доведення і пред'явити на державні випробування.Проте вже на першому етапі випробувань МІГ-9 стало ясно, що розрахункову швидкість 630 км/год отримати не вдасться. Максимум, що показав літак, це 540 км/год на висоті 5000 м. Одними з причин стали недоведений карбюратор і відсутність необхідного гвинта (на машині стояв гвинт АВ-5Л-156, замість потрібного АВ-5-127А). Крім того, виявилася недостатньою внутрішня герметизація ВМГ, що створювало великі аеродинамічні втрати.Тому 11 вересня 1941 р. з метою якнайшвидшого впровадження моторів М-82 на літаки наказом НКАП №925 начальникові ЦАГИ С.Н. Шишкіну було наказано розробити до 15 вересня рекомендації по найкращих гвинтах і прорахувати можливі льотні дані типового винищувача і бомбардувальника з моторами М-82, а до 25 вересня, на підставі натурних випробувань, рекомендації по найкращому капоту. Крім того, до 20 жовтня належало провести аналогічні дослідження по винищувачах МІГ, ЛАГГ і Як з цим мотором.У вересні виконали продування МІГ-9 №6501 у натурній аеродинамічній трубі Т-104 ЦАГИ, яка підтвердила негативний вплив негерметичності капота мотора на лобовий опір. Це, природно, зажадало провести переробку фюзеляжу і інших частин літака. Проте завершити випробування і закінчити випуск військової серії не дозволила евакуація заводу №1 і ОКБ в р. Куйбишев в жовтні 1941 р. Окрім двох дослідних винищувачів МІГ-9 було побудовано ще три машини - №№6503, 6504, 6505. У січні 1942 в р. Куйбишеві поновилися заводські випробування МІГ-9 №6502, які проводив льотчик-випробувач В.Н. Савкін. На літаку перевірялася робота гвинтокорилої групи, і визначалися його штопорні властивості. На підставі отриманих даних були зроблені висновки, що тепловий режим ВМГ до розрахункової висоти другої швидкості нагнітача цілком нормальний, а по штопорних властивостях МІГ-9 має переваги в порівнянні з серійним літаком МІГ-3.Після повернення з евакуації колектив ОКБ-155 провів доведення всіх п'яти літаків. На початку червня 1942 р. для проведення військових випробувань в 34 іап 6 ІАК ПВО були передані три МІГ-9 військової серії №№6503, 6504, 6505, які взяли участь в бойових діях. Крім того, літак №6502 був переданий до льотної інспекції ВВС, яка потім передала його в 12 гв.іап 6 ІАК ППО. Але 27 жовтня 1942 р. польоти в 34 іап із-за виявлених дефектів гвинтокорилої групи були припинені і літаки повернули ОКБ-155 для доопрацювання.Тим часом, 7 вересня 1942 р. винищувач МІГ-9 №6502 поступив в НДІ ВВС на державні випробування. До цього часу у складі озброєння літака залишилися тільки великокаліберні кулемети УБС. Випробування проводили провідний інженер І.Г. Лазарев і льотчик-випробувач В.Е. Голофастов. Проте машину неодноразово доводилося повертати в ОКБ-155 для доведення гвинтокорилої групи, тому держвипробування розтягнулися на два місяці. По їх результатах МІГ-9 отримав незадовільну оцінку, оскільки його основні льотні характеристики виявилися значно гіршими, ніж у літаків Ла-5 і Як-7. Максимальна швидкість склала всього 565 км/год на висоті 6150 м. Крім того, у військових були великі претензії до гвинтокорилої групи літака, як до її роботи, так і до умов експлуатації. Проте, на цьому історія винищувача МІГ-9 не закінчилася. 27 червня 1943 р. три літаки №№6501, 6502, 6503 після доопрацювання були передані до складу 260 САД 7 ВА Карельського фронту, де вони експлуатувалися аж до зписання по зносу в 1944 р.