Заводские испытания машина проходила с 12 апреля по 10 мая 1945 года. На серийном Як-3 ВК-107А с мотор-пушкой Б-20М и одной синхронной Б-20С применили увеличенный маслорадиатор ОП-622, стальные тяги управления заменили дюралюминиевыми, обшивка элеронов стала металлической. Успешно пройдя заводские испытания, самолет предъявили в НИИ ВВС.

Государственные испытания Як-3 ВК-107А с металлическим крылом проходили с 21 мая по 9 июня 1945 года, и акт по их результатам утвердили 27 июня 1945 года.

Силовая установка с двигателем ВК-107А на Як-3 «Дублер».

Испытания показали, что внесенные в конструкцию самолета изменения не повлекли за собой увеличения полетного веса, а запас прочности металлического крыла оказался достаточным. Максимальные скорости серийной машины (604 км/ч — у земли и 706 км/ч — на второй границе высотности) оказались сопоставимы с опытным образцом (610 км/ч — у земли и 720 км/ч — на второй границе высотности мотора) и полностью удовлетворяли требованиям, заданным постановлением ГКО № 7233cc от 29 декабря 1944 года (600 км/ч — у земли и 700 км/ч — на второй границе высотности). Существенно уменьшили нагрузки в системе управления, устранили многие дефекты, выявленные в ходе испытаний опытного самолета. В то же время машине № 7003 были свойственны все недостатки предшественников, включая перегрев воды и масла в наборе высоты и перегрев воды в горизонтальном полете на боевой мощности, а также тряска мотора при его дросселировании. Отмечалась также недостаточная мощность огня из двух орудий, поскольку в 1945 году базовая модель Як-3 с ВК-105ПФ-2, а также Як-9У с ВК-107А по техническим требованиям ВВС должны были выпускаться с тремя огневыми точками калибра не менее 20 мм.

9 августа 1945 года нарком авиапромышленности подписал приказ об устранении дефектов на самолетах Як-9 с мотором ВК-107А в кратчайшие сроки. Спустя 15 дней вышло постановление ГКО о приостановке выпуска самолетов Як-9 с моторами ВК-107А, которым заводу № 31 предписывалось устранить дефекты на Як-3 с ВК-107А, аналогичные выявленным на Як-9 с ВК-107А.

К концу августа 1945 года завод № 31 успел выпустить 36 машин, из которых шесть сдал военному представительству по готовности к бою. К октябрю для ВК-107А был разработан и испытан новый маслорадиатор № 700. На заводе № 115 его установили на головной серийный самолет Як-3 № 7003 и с 8 ноября по 3 декабря 1945 года провели летные испытания. На машине также изменили схему продува внутренних выхлопных коллекторов и добавили расходный бензобак. Это позволило обеспечить рабочие температуры системы охлаждения и смазки на всех режимах работы мотора ВК-107А в допустимых пределах. Но на повторные государственные испытания машину не передавали.

В марте 1945 года в инициативном порядке на заводе в Саратове началась подготовка к выпуску цельнометаллического крыла и сборка первого Як-3 с мотором ВК-107А, вооруженного тремя пушками Б-20. 30 апреля эту машину выкатили на аэродром. В мае на ней планировалась отработка топливной и масляной систем двигателя, отстрел вооружения и испытания в воздухе. 16 мая 1945 года первый серийный самолет Як-3 ВК-107А завода № 292 поднялся в воздух. До конца мая на самолете выполнили три полета, показав максимальную скорость у земли 594 км/ч и 707 км/ч — на второй границы высотности.

На втором самолете № 0201 провели цикл статических испытаний, а первый серийный экземпляр машины, после завершения заводских испытаний по определению летных данных и температурных режимов систем водо- и маслоохлаждения, передали на эксплуатационные испытания для проверки прочности ее агрегатов. Поскольку на самолете № 0101 было установлено неусиленное крыло, испытания проводились только на посадки. После 349-й посадки сорвалась с заклепок рубашка тормозного диска правого колеса, на 360-й — лопнула обойма внутреннего подшипника левого колеса. Испытания прекратили после 365-й посадки из-за обрыва 5-й группы шатунов двигателя ВК-107А.

Уже после этого при разборке правой амортизационной стойки в ее цилиндре обнаружили поломку «иглы». Естественно, были приняты соответствующие меры по устранению обнаруженных дефектов.

После этого все три Як-3 ВК-107А саратовского завода передали в НИИ ВВС. Государственные испытания машины начались 10 апреля 1946 года, и 20 мая из-за неудовлетворительной работы силовой установки они были прекращены.

После доводки в ЛИИ 29 июня Як-3 ВК-107А № 0101 поступил на повторные государственные испытания, проходившие с 5 по 30 июля. В ходе испытаний к ним подключились самолеты № 0301 и № 0401 (полетный вес — 2991 кг). Причем в состав вооружения первых двух машин входили мотор-пушка Б-20М и две синхронные Б-20С с общим боекомплектом 360 патронов, а № 0401 — предъявили с двумя синхронными орудиями.

На самолетах стояли приемник РСИ-6 и передатчик РСИ-6М, электрогенераторы ГС-15-200 и аккумуляторы 12А-5, а также кислородные приборы КП-14 с двумя баллонами.

Вид спереди на воздухозаборники туннеля маслорадиатора и всасывающего патрубка самолета Як-3 ВК-107А с винтами АВ-10п-20 и ВИШ-107ЛО выпуска зав. № 115, проходившего государственные испытания с 7 февраля по 15 мая 1944 г.:

а — вход в тоннели маслорадиатора (общая площадь 475 см2);

б — вход во всасывающий патрубок (общая площадь 300 см2);

в — подвод и отвод воздуха, охлаждающего коренные подшипники мотора.

Ведущими на этом этапе были инженер A. Т. Степанец, летчики А. Г. Прошаков, B. И. Хомяков, Ю. А. Антипов. Самолеты облетали В. Е. Голофастов, В. Г. Иванов, Л. М. Кувшинов и П. М. Стефановский.

Общий результат государственных испытаний, несмотря на предпринятые меры, оказался отрицательным. Полетный вес самолета превысил 3050 кг, а максимальная скорость упала до 695 км/ч. По характеристикам горизонтального и вертикального маневра Як-3 сравнялся с Як-9У (уступая немного в горизонтальном маневре), хотя имел некоторое преимущество перед американским истребителем P-63C-1 «Кингкобра» в вертикальном маневре и уступал британскому истребителю «Спитфайр» IX (при использовании последним пятиминутного боевого режима мотора). Серьезные дефекты силовой установки, не позволившие реализовать все возможности мотора, так и остались неустраненными. При этом специалисты НИИ ВВС сочли возможным разрешить самолетостроителям подготовить 30 машин для войсковых испытаний, но Совет Министров СССР решил иначе. Своим постановлением от 20 августа 1946 года он прекратил серийный выпуск самолетов Як-3 с ВК-107А, разрешив заводу № 31 собрать из существующего задела лишь 75 самолетов с устранением на них дефектов, отмеченных на испытаниях серийных машин завода № 292. Объем требуемых работ был велик, и заводу № 31 (решая параллельно более важные задачи по освоению выпуска реактивной техники) удалось передать ВВС только 48 Як-3 с двигателем ВК-107А.