主屏区别。小米3：5英寸，1920 x 1080 分辨率，显示精度高达441PPI。小米2：4.3英寸，主屏分辨率：1280x720像素
硬件区别。小米3核心数四核；CPU型号：中国移动版NVidiaTegra 4、中国联通/中国电信版高通骁龙Snapdragon 800；CPU频率：1946MHz/2333mhz小米2CPU频率：四核 1.7GHz；CPU型号：高通骁龙600处理器；GPU：Adreno 320
电池容量区别。小米3：3050mAh。小米2：2000mAh。小米3的电池续航能力有所提升。小米手机3具备快充功能，充电时间缩短30%，对电池寿命毫无影响。
拍照像素效果。小米3后置摄像头像素1300万像素（索尼1300万像素相机，飞利浦双LED闪光灯）图像尺寸最大支持4128×3096像素照片拍摄；连拍功能:10张连拍，每秒8张连拍。小米2后置摄像头像素800万像素（16g）；图像尺寸:最大支持3264×2448像素照片拍摄；连拍功能:每秒8张连拍