LNER A1形・A3形蒸気機関車
A1形の登場によりLNERの基幹路線であった東海岸本線の急行列車は一新、グレズリーの前任者アイヴァットの設計したC1形は同社の主力機の座を譲る事となった。また、A1形の中でも最も有名な4472号機「フライング・スコッツマン」は公式に時速100マイル(160km/h)を超えた最初の機関車となった。
重要な設計上の問題として、潤滑油のパイプの破損が挙げられる。この潤滑油のパイプの交換には、ボイラーを取り外す必要があり、非常に大規模な手間を要した。
1925年にグレート・ウェスタン鉄道のキャッスル級とA1形を互いの会社の路線で走行させた比較試験の結果、最も大きな問題点が明らかとなった。この比較の結果、A1形よりも小柄なキャッスル級(軸配置:4-6-0)が出力と石炭消費の両面でA1形に勝っていることが判明し、キャッスル級の石炭消費が少ないのは、GWRが発熱量の大きいウェールズ炭を使用しているためとしていたLNER側の主張を覆すこととなった。キャッスル級の石炭消費が少ない理由は弁装置の設計にあり、バルブ・トラベルを大きく設計してボイラーから供給される蒸気の膨張を生かし、蒸気の消費量を抑制していた。ナイジェル・グレズリーは過去に自身の設計した機関車で、バルブ・トラベルを大きくしたためにシリンダー破損に至った形式があったことから、比較的小さいバルブ・トラベルでA1形の弁装置を設計していたが、キャッスル級での成功を見て、後に設計変更を行なっている。
一連の問題が解決した後、ナイジェル・グレズリーはA1形の改良に取り掛かった。なかでも2555号機「センティナリー」で行なわれたシリンダー直径の減少、ボイラーの高圧化 (180PSIから220PSI) および過熱器の拡大は成功を収めた。この結果を基に新たな機関車としてA3形が製造され、既存のA1形もそれに準じた改造を受けA3形に編入された。A3形はLNERの重量級急行列車牽引でA1形以上の成功を収めた。2750号機「パピルス」は108mphのイギリス鉄道における速度の新記録を樹立し、流線型のA4形への足がかりとなった。
第二次世界大戦が勃発すると、24両編成の貨物列車を東海岸本線で運転することが計画され、A3形や改造前のA1形がその運用に駆り出された。戦時体制下では整備状態が悪化し、種々のトラブルが発生した。特に、本形式の最大の特徴であったグレズリー式弁装置には不具合が頻発し、これを採用した他形式では戦後通常の2気筒式蒸気機関車あるいはワルシャート式弁装置を3組並べた3気筒式機関車への改造が実施されたものもあるが、本形式とA4形については保存車のみとなった現在に至るまでこの特徴的な弁装置が維持されている。
戦後、A3形の外観に変更が行なわれた。ドイツ式のデフレクター(除煙板)が煙室の両側に設置されるとともに、1958年から1960年にかけて火室の通気能力増強を図って2本煙突化が行なわれた。