Двигатель после повторного форсирования получил обозначение М-105ПФ2. Самолет оснастили пропеллером ВИШ-105СВ-01.

Наконец следует сказать, что все эти переделки никак не отразились на массе самолета, она составляла 2660 кг.

«Дублер» проходил заводские испытания в период с 20 по 30 сентября 1943 года. Самолетом управлял П. Федоров. Государственные испытания прошли с 6 по 15 октября, на этот раз летчиком был А. Прошаков. Сравнительные испытания Як-1М с немецкими Bf 109G-2 и Fw 190A-4 показали превосходство «Яка», который уступал немецким машинам лишь в скорости горизонтального полета на высотах более 6000 м. «Дублер» развивал 570 км/ч у земли и 651 км/ч на высоте 4300 м. Высоту 5000 метров истребитель набирал за 4,1 мин. Дальность полета на экономическом режиме работы двигателя достигала 900 км. Самолет обладал хорошей маневренностью, был прост в пилотировании. Им мог управлять летчик средней квалификации.

Для начала серийного выпуска нового самолета нужно было получить положительные результаты испытания повторно форсированного двигателя. Двигатель оказался достаточно надежным и получил рекомендацию к серийному производству под обозначением М-105ПФ2. Выпуск мотора организовали на заводах № 16 и 26. Лишние моторы устанавливали на ЛаГГ-3 и другие машины. 26 октября 1943 года ГКО постановил начать серийный выпуск нового истребителя, заменив его обозначение с Як-1М на Як-3. Несмотря на генетическую связь со своим «предком», новый самолет имел слишком много совершенно новых узлов. Потребовалась перенастройка сборочных линий и массовый выпуск начался лишь через полгода. Кроме саратовского завода к выпуску Як-3 подключили тбилисский завод № 31, до этого времени выпускавший истребители ЛаГГ-3. Серийное производство Як-3 в Саратове началось в марте, а в Тбилиси в апреле 1944 года.

Слева направо: майор Замборин (Франции), генерал-майор Захаров, лейтенант Риссо (Франция) и майор Хустинский позируют на фоне Як-3 генерал-майора Захарова, командующего 303-й НАД (серийный номер 310147). Под фонарем кабины эмблема Захарова: витязь поражает змею с лицом Геббельса.

Техники готовят Як-3 Рожера Марши к очередному боевому вылету. Технический и аэродромный состав полка «Нормандия-Неман» был почти целиком русский. На крыле установлены указатель топлива и указатель положения шасси. Позади кабины сделаны тринадцать отметок о воздушных победах. Марши присоединился к полку 7 января 1944 года и 20 июня 1945 года вернулся во Францию. 17 июля 1946 года он погиб в авиакатастрофе.

Наконец речь пойдет об истребителе, который многими считается лучшим советским истребителем Второй Мировой войны. Причем, подобную оценку давали не только советские специалисты, но и немецкие асы — те, кому приходилось сталкиваться с «Яками» в бою. Например, Гельмут Липферт так описывает бой с Як-3, произошедший в районе Будапешта: «Примерно в это же время [январь 1945 года] мы столкнулись с новым Яком. Новейший советский истребитель был быстрее и маневреннее наших машин [Bf 109G-6 и G-10], нес похожее вооружение и лишь в пикировании уступал Bf 109». В первом бою советский пилот сел на хвост ведомому Липферта и едва не сбил его. В другом месте своих мемуаров Липферт писал: «Я находился под впечатлением от нового советского самолета. По моему мнению Як был опаснее «Мустанга»… Новые Яки встречались все чаще и чаще. Складывалось впечатление, что в воздухе нет ничего кроме Як-3. Хорошо, что мы уже имели опыт встреч с этими машинами. Многие наши коллеги не поверили нам и были убеждаемы очень неприятным способом… Мы потеряли несколько самолетов, моим друзьям приходилось прыгать с парашютом».

Александр Покрышкин в своей книге «Познать себя в бою» описывает свой опыт полетов на прототипе Як-3 с начале февраля 1944 года. «Хороший самолет для борьбы с истребителями. Но против бомбардировщиков требуется более мощное вооружение, минимум две-три пушки. То вооружение, что установлено на самолете, не позволяет сбить Не 111 или Ju 88 с первого захода, а тем более Hs 129. Я видел, что Яковлев неохотно слушает мои замечания, и мы остались каждый при своем мнении».

Еще до того разговора командующий советскими ВВС, маршал А.А. Новиков сказал Покрышкину: «… полетай на прототипе Як-3. Наши самолеты лучше иностранных. Надо переходить на отечественную технику». Однако 9-я ГИАД до конца войны пролетала на «Аэрокобрах». Командир 303-й ИАД Г. Захаров также хорошо отзывался о Яке-3. Вот фрагмент его рапорта, в котором он характеризует самолет: «Совершив 40 боевых вылетов, я считаю, что этот самолет не имеет конкурентов. Простой в эксплуатации и легкий в обслуживании. Устойчивый при взлете и посадке, пилотаж доступный для любого летчика. Пилоты 18-го ГИАП и полка «Нормандия-Неман» полностью освоили самолет за 3–5 часов учебных полетов. Як-3 быстро набирает скорость, имеет большой диапазон полетных скоростей (от 200 до 600 км/ч)… из кабины хороший обзор. В боях с Bf 109 наш истребитель показал превосходство в горизонтальном полете, на виражах, и прежде всего в вертикальном маневре. На высотах до 4000 м Як-3 на 20–30 км/ч обгоняет Fw 190". Уже не в рапорте, а на страницах своих позднейших воспоминаний советский генерал писал: «При пикировании со скоростью более 700 км/ч отмечались случаи срыва обшивки с крыльев и даже срыва самих крыльев». В воспоминаниях генерала Ф. Гнездила, начальника штаба 18-го ГИАП, отмечается, что на высотах более 4000 метров Bf 109G-2 не уступал «тройке».

Несмотря на то, что Як-3 имел большую предысторию в виде Як-1, в конструкции самолета сохранялись отдельные недостатки, требовавшие устранения. Требовалось усилить стойки главного шасси, которые часто подламывались. Пришлось усилить переднюю кромку крыльев и увеличить поверхность склеивания листов обшивки к нервюрам, чтобы избежать срыва обшивки при скоростях более 700 км/ч. Радикально решить проблему срыва обшивки удалось лишь заменив перкаль фанерой. Двигатель ПФ2 требовал еще более мощного охлаждения, поэтому заслонки водяного радиатора отодвинули с 385 мм до 410 мм, а маслорадиатора — с 225 до 260 мм. Аэродинамику самолета облагородили за счет сопряжения крыло-фюзеляж, обтекаемой формы лобового стекла и обтекателя втулки. Дополнительных результатов удалось добиться и за счет герметизации фюзеляжа. К сожалению, серийные машины уступали прототипу. Максимальная скорость была меньше на 10–20 км/ч, время набора 5000 м возросло на полминуты. Сильнее всего пострадала дальность полета: у серийных машин она была на 160–260 км меньше, чем у прототипа. Причиной этого было уменьшение запаса топлива и рост массы.

Як-3 с тактическим номером «24» желтого цвета, Хайлигенбайль, Восточная Пруссия, май 1945 года. Подобным образом обозначались только машины 2-й эскадрильи полка «Нормандия-Пеман».