ДИ-3 - Двухместный истребитель. Самолет проектировался в ЦКБ авиазавода № 39 при участии конструкторов Поликарпова и Григоровича, однако никто конкретно не назван в качестве автора проекта. Коробка крыльев ДИ-3 могла складываться с поворотом назад.

Фюзеляж самолета ДИ-3 выполнен в виде сварной фермы из стальных труб. Обшивка носовой части дюралевая, хвостовая часть фюзеляжа обшита полотном. На опытном экземпляре установлен двигатель БМВ-VIE со степенью сжатия 7,3, который вращал деревянный воздушный винт диаметром 3,1 м. Радиатор водяного охлаждения расположен под двигателем, имеет лобовые подвижные створки.

Крылья деревянные, двухлонжеронные, складные, с поворотом назад. Обшивка полотняная. Элероны, горизонтальное хвостовое оперение и «шайбы» вертикального оперения выполнены из дюралюминия. Два топливных бака общей емкостью 240 литров (151 л + 89 л) размещены в фюзеляже.

Вооружение состояло из двух синхронных пулеметов ПВ-1 и двух пулеметов ДА на специальной турели ЦКБ.

Особенностью самолета являлись размещенные снаружи вдоль бортов фюзеляжа длинные коробчатые кожухи, которые предназначались для магазинов с патронами задней пулеметной установки. Причиной такого решения стала не только необходимость увеличения боезапаса, но и стремление обеспечить более переднюю центровку полностью снаряженного самолета (центровка ДИ-3 составляла 34% САХ).