Всего в период производства с апреля 1944 года по август 1945 года был выпущен 3921 Як-9У.

В завершающей стадии войны – в период с февраля по май 1945 года – были построены 282 созданных на базе Як-9У истребителя с усиленным вооружением, при создании которых конструкторы ОКБ снова вернулись к варианту установки синхронных пушек вместо пулеметов УБС. Такая возможность появилась благодаря принятию на вооружение в октябре 1944 года созданной М. Березиным на базе пулемета УБ пушки Б-20, по своим весогабаритным характеристикам незначительно отличающейся от пулемета и при массе 25 кг оказавшейся почти в два раза легче пушки ШВАК. Истребитель Як-9 УТ, вооруженный 37-мм мотор-пушкой H-37 и двумя синхронными 20-мм пушками Б-20, по массе секундного залпа – около 6,4 кг/с – являлся одним из ведущих среди одномоторных истребителей Второй мировой войны.

Еще один опытный вариант трехпушечного истребителя был создан на основе Як-9М и передан на испытания уже после окончания войны. Оснащенный хорошо освоенным производством мотором ВК-105ПФ2 Як-9С нес мотор-пушку НС-23 калибра 23 мм и пару синхронных 20-мм Б-20. Однако его характеристики оказались заметно хуже, чем у стоящих на вооружении Як-9У и Як-3.

Еще одна ветвь модернизации Як-1 завершилась созданием одного из самых знаменитых советских истребителей, по некоторым мнениям, являвшегося лучшим легким истребителем Второй мировой войны.

В феврале 1943 года был построен облегченный вариант истребителя, предварительно получившего обозначение Як-1М(«москит»). Одним из наиболее кардинальных отличий стало крыло уменьшенной площади с дюралевыми лонжеронами и дюралевыми нервюрами. Кроме того, на самолете был применен ряд новшеств, позже использованных в конструкции Як-9У: таких как фанерная обшивка крыла и хвостовой части или воздухозаборник маслорадиатора, перенесенный из-под капота двигателя в корневую часть крыла.

Кроме этого, изменилась топливная система самолета, которая в конечном варианте теперь включала два крыльевых топливных бака общей вместимостью 265 литров и разделительный 10-литровый бак в фюзеляже. К числу отличительных особенностей также относились монолитное лобовое стекло фонаря без переплета и безмачтовая антенна радиостанции.

Благодаря проведенному комплексу мер вес самолета снизился по сравнению с Як-1 более чем на 300 кг. Форсированный двигатель М-105ПФ2 позволял развивать скорость до 570 км/ч у земли и 650 км/ч на высоте 4300 м. Самолет отличался при этом высокой маневренностью и легкостью в управлении.

В октябре 1943 года было принято решение о начале серийного выпуска нового истребителя под наименованием Як-3.

Однако подготовка к массовому производству потребовала определенного времени, на саратовском заводе № 292 оно было начато только в марте, а на заводе № 31 в Тбилиси в апреле 1944 года.

Новый яковлевский истребитель также не был лишен достаточно многочисленных недостатков. Так, слабыми оказались стойки шасси, боевая эксплуатация показала недостаточный запас прочности крепления обшивки крыльев. Применение в системах (уборки шасси, привода тормозов и т. п.) самолета пневматики вместо гидравлики позволяло выиграть десятки килограмм веса, но при этом снижало надежность и усложняло обслуживание. С целью предельного снижения веса на Як-3 был до минимума сокращен комплект бортового оборудования, позволивший вести бой только днем в простых метеоусловиях. Хотя представителями ВВС выдвигалось требование двухстороннюю радиосвязь, однако необходимого количества радиостанций промышленность не обеспечивала, и на части самолетов в начале выпуска устанавливался только радиоприемник. Кроме того, отсутствие мачты антенны снижало дальность радиосвязи. Снижен был вес защиты – в частности, самолет не имел лобового бронестекла.

Часть этих недостатков в процессе выпуска удавалось устранить – в частности, усилить состав вооружения – если на первых 197 самолетах устанавливался, кроме пушки ШВАК, один пулемет УБС, в дальнейшем число пулеметов увеличили до двух.

Як-3 имел практическую дальность менее 650 км, а среднее время нахождения в воздухе составляло около 45 минут, в связи с чем самолет не лучшим образом был приспособлен для задач сопровождения или патрулирования, но отлично проявил себя в действиях против истребителей противника. В период войсковых испытаний с 20 июня по 2 августа 1944 года летчики 91-го авиаполка доложили об уничтожении трех Ju.87, четырнадцати Bf.109 и шести Fw.190А, потеряв два самолета в воздушном бою и три от огня ПОВ, потери при этом составили один самолет на 19 боевых вылетов. В диапазоне высот до 4000 метров Як-3 по своим летным характеристикам превосходил большинство современных ему истребителей.

В конце 1944 года конструкторское бюро получило задание создать на базе Як-3 самолет с усиленным вооружением. В апреле 1945 года был начат выпуск истребителя Як-3П, несущего три 20-мм пушки Б-20. В боевых действиях против люфтваффе машины этого типа участия принять уже не успели, став последней массовой модификацией Як-3 – с 1 августа 1945 года истребитель строился только в этой конфигурации, до окончания выпуска в середине 1946 года было произведено 596 Як-3 П.

Всего было выпущено 4848 серийных самолетов Як-3 ПФ2 всех модификаций, в том числе около 4100 истребителей до окончания войны.

В начале 1945 года был создан также Як-3Т (танковый), имевший в составе вооружения 37-мм пушку Н-37 и две синхронные пушки Б-20, однако из-за ряда неустраненных дефектов – в первую очередь связанных с неудовлетворительной работой системы охлаждения двигателя – до серийного выпуска этот самолет доведен не был.

Одной из последних разработанных модификаций стал Як-3У, при создании которого конструкторы снова вернулись к идее установки двигателя воздушного охлаждения АШ-82. Однако первый вылет состоялся уже после капитуляции Германии – 12 мая 1945 года, и осваивать в серии новый самолет с поршневой силовой установкой в конечном итоге сочли уже нецелесообразным.

Стимулом развития еще одной ветви модификаций истребителей Яковлева стало появление в небе Москвы высотных немецких разведчиков-бомбардировщиков Ju.86R, имевших потолок до 14 400 м и фактически неуязвимых как для средств зенитной артиллерии ПВО, так и для истребителей. 12 ноября 1942 года было принято постановление Государственного Комитета Обороны «О создании высотного бомбардировщика и высотного истребителя».

Первым опытом ОКБ-115 по созданию высотного истребителя, осуществленным еще в сентябре 1942 года, стала установка на истребитель Як-7Б высотного двигателя М-105 ПД, оснащенного нагнетателем Е-100. Это позволило увеличить потолок до 11 300 м, а скороподъемность до 926 м/мин. Однако при этом на самолете отсутствовал автомат управления регулировки оборотов первой ступени сжатия нагнетателя, а ручное управление не только усложняло пилотирование, но и – вследствие невозможности точно выдерживать летчиком требуемые параметры – влияло на летные характеристики. К тому же сам двигатель М-105 ПД оставался недоведенным, что приводило к тряске, дымлению и падению давления масла ниже допустимого при наборе высоты. Понижало боевую эффективность и то, что для облегчения самолета на нем оставили только одну пушку ШВАК, сняв пулеметы. Все перечисленное привело к прекращению работ по Як-7ПД.