Прежде всего на Як-9М усилили крыло, заменив обшивку более толстой из бакелитовой фанеры, и привели его в соответствие с действовавшими нормами прочности. Существенной доработке подверглась силовая установка. На ней установили автомат регулирования температуры воды, а на входе в карбюратор – воздушный фильтр. Тогда же на подвижной части фонаря появился механизм аварийного сброса, а управление радиостанцией сделали кнопочным.

Опытный истребитель построили на заводе № 153, и с мая 1944 года его запустили в серийное производство. По технике пилотирования Як-9М не отличался от предшественников, а при посадке и рулежках появилась возможность активнее пользоваться тормозами из-за возросшего противокапотажного угла.

В 1945 году ВВС потребовалось дополнительное количество истребителей-бомбардировщиков Як-9Б. Самолеты этой модификации к тому времени не выпускались, и тогда (в III квартале) на заводе № 135 переоборудовали 78 Як-9М в вариант Як-9Б.

Осенью 1946 года в Северной Корее лейтенант Филимонов из 14-го иап авиации ВМФ, дислоцировавшегося на аэродроме Гензан (Вансан), на истребителе Як-9М перехватил В-29 «Сверхкрепость». После выполнения всех формальностей советский летчик вынужден был пресечь полет не подчинившегося ему «американца». Попадания снарядов в четвертый двигатель оказалось достаточно, чтобы экипаж, кроме командира В-29, покинул горящую машину. Командир В-29 посадил раненую машину поперек полосы на аэродроме Канко.

В августе 1945 года в НИИ ВВС на государственные испытания предъявили два истребителя Як-9С (№ 01–01 и № 01–02) с моторами ВК-105ПФ и винтами ВИШ-105С, ставших модификацией Як-9М и отличавшихся вооружением. Самолеты построили в соответствии с апрельским 1944 года постановлением ГКО на заводе № 153. Этим же документом предписывалось выпустить в 1944 году 75 таких машин.

Як-9С были укомплектованы мотор-пушкой НС-23 с боезапасом 60 патронов и парой синхронных Б-2 °C с суммарным боекомплектом на 240 выстрелов, ранее проверенных на Як-9У с двигателем ВК-107А. Была изменена и система перезарядки оружия. Так, на машине № 01–01 перезарядку электрифицировали. Теперь клапан пневматической системы, находившийся между оружием и расходным трехлитровым воздушным баллоном, управлялся с помощью электроспуска. На второй машине (№ 01–02) установили пневмоклапаны с тросовым управлением, разработанные в КБ серийного завода № 153. Оборудование кабин этих истребителей в основном не отличалось от серийного Як-9М № 30–38 производства завода № 153 и испытывавшегося в НИИ ВВС в декабре 1944 года, но радиоприемник РСИ-4А заменили на РСИ-4Д, а передатчик РСИ-3М – на РСИ-3М-1.

Летные испытания показали, что максимальная скорость Як-9С по сравнению с серийным Як-9М у земли снизилась на 5 км/ч, а на первой и второй границах высотности возросла на 3 и 10 км/ч соответственно. На высоту 5000 метров Як-9С поднимался на режиме максимальной скороподъемности при 2700 оборотах в минуту двигателя с полностью открытыми заслонками за 6,6 минуты, что на 1,6 минуты превышало аналогичный параметр истребителя Як-9У с двигателем ВК-107А. По технике пилотирования Як-9С ничем не отличался от Як-9М.

Як-9У с ВК-107А и металлическим крылом (заводской № 01–03). Госиспытания, сентябрь 1943 года

В выводах акта по результатам государственных испытаний отмечалось, что Як-9С «по максимальным горизонтальным скоростям и скороподъемности значительно уступают серийным Як-3 с ВК-105ПФ2 и Як-9У с ВК-107А». Там же рекомендовалось командованию ВВС просить НКАП разрешить А. С. Яковлеву установить комплект вооружения с Як-9С (устранив выявленные дефекты) на Як-9У и Як-3 и предъявить их на государственные испытания.

На базе унифицированного истребителя была создана последняя спарка Як-9УВ. Предсерийный самолет № 0000 с двигателем ВК-107А и винтом ВИШ-107ЛО построили на заводе № 82 с большим опозданием от установленного февральским 1945 года постановлением ГКО срока – в июле 1945 года. Точной даты передачи его на государственные испытания обнаружить не удалось, но, видимо, это произошло в начале августа, поскольку 12 сентября акт с их результатами был утвержден генералом А. К. Репиным.

Ведущими по машине были инженер Г. А. Седов и летчик-испытатель Л. М. Кувшинов.

Испытания показали, что максимальная скорость двухместного Як-9 снизилась по сравнению с Як-9М с тем же двигателем из-за уменьшения оборотов двигателя, ухудшения аэродинамики (возросли размеры фонаря кабины пилота, установили на нем фотокинопулемет и увеличили открытие заслонок радиаторов). В то же время самолет по технике пилотирования ничем не отличался от Як-9У, нагрузки на ручку от элеронов и руля высоты несколько уменьшились, но все же оставались большими.

Як-9УВ испытания не выдержал, и главной причиной этого был перегрев воды практически на всех режимах полета (за исключением снижения) и на рулении. Отмечались и другие дефекты, которые требовалось устранять. Самолет почему-то не стали доводить до кондиции, и он остался в единственном экземпляре.

Разработка двигателя жидкостного охлаждения М-107 взлетной мощностью 1500 л. с. началась в КБ В. Я. Климова еще в 1941 году, однако при его создании столкнулись с серьезными трудностями, затянувшими доводку мотора в течение всего следующего года. Лишь в декабре 1942-го М-107А (ВК-107А) прошел 50-часовые совместные с заказчиком стендовые испытания, и в следующем месяце была запущена в производство серия в количестве 10 экземпляров. Хотя эти моторы и предназначались для установки на самолеты, но при их эксплуатации встретились трудности, вызванные главным образом его высокой теплоотдачей.

Выпускавшиеся в то время промышленностью масло– и водорадиаторы не могли эффективно охлаждать М-107А на самолете до нужной температуры, к тому же мотор очень сильно «обжимался» капотами. С этой проблемой столкнулись в конструкторских бюро, возглавлявшихся С. А. Лавочкиным и В. П. Горбуновым на модификациях ЛаГГ-3. Пытались их решить и в ЦКБ-29 НКВД, где под руководством Д. Л. Томашевича разрабатывали И-110. Задавался аналогичный истребитель и В. М. Мясищеву, опробовали М-107А и на Як-7. Но наибольших успехов добились в ОКБ-115 при создании Як-9У.

Первый Як-9 с двигателем М-107А построили в 1942 году. Заводские испытания (летчик П. Я. Федрови) начались в канун Нового, 1943 года, но судьба машины оказалась трагичной. Однако об этом чуть позже.

4 марта П. Я. Федрови направил наркому А. И. Шахурину письмо, в котором, в частности, сообщал:

«В феврале с. г. мною доводился и испытывался в воздухе самолет Як-9 с опытным мотором М-107А. 23 февраля 1943 г. мною была получена скорость у земли 590 км/ч и на высоте 5800 м – 680 км/ч.

Температуры воды и масла обеспечивали работу мотора и доведены до условий нормальной эксплуатации самолета.