В 1940 под его руководством (совместно с М.И. Гуревичем) были созданы истребитель МиГ-1 и его модификация МиГ-3. С 1940 главный конструктор завода №1. В 1940-41 МиГ-3 строился большой серией и участвовал в боевых действиях в начальный период Великой Отечественной войны. С 1942 Микоян - директор и главный конструктор вновь созданного опытного завода. В 1941 - 45 под руководством Микояна создан ряд истребителей с высокими лётно-техническими характеристиками в том числе И-250 с комбинированной силовой установкой. Микоян - один из пионеров реактивной авиации в СССР. После войны Микоян разрабатывал скоростные и сверхзвуковые фронтовые реактивные самолёты, многие из которых изготовлялись большими сериями и длительное время находились на вооружении ВВС.

Среди них МиГ-9, МиГ-15, МиГ-17 (достигавший скорости звука), МиГ-19 (первый серийный отечественный сверхзвуковой истребитель), МиГ-21 (с треугольным крылом тонкого профиля и скоростью полёта, вдвое превышающей скорость звука). С 1956 Микоян - генеральный конструктор. Последние самолёты, создан под его руководством - истребитель МиГ-23 (первый в СССР с изменяемой в полёте стреловидностью всего крыла) и истребитель-перехватчик МиГ-25 со скоростью полёта, в 3 раза превышающей скорость звука.

На самолётах, разработанных под руководством Микояна, установлено 55 мировых рекордов. Микоян создал свою школу в самолётостроении, воспитал много высококвалифицированных конструкторов. Депутат ВС СССР в 1950-70. Ленинская премия (1962), Государственная премия СССР (1941, 1947, 1948, 1949, 1952, 1953). Награжден 6 орденами Ленина, орденами Октябрьской Революции, Красного Знамени, Отечеств, войны 1-й степ., 2 орденами Красной Звезды, медалями. Бронзовый бюст и мемориальный комплекс в селе Санаин в Армении. Именем Микояна назван Московский машиностроительный завод.