Готовя крупнейшие наступательные операции нашей армии 1943 года, советское командование потребовало от авиапромышленности истребителей с увеличенной дальностью полета. Им предстояло прикрывать наземные войска, сопровождать бомбардировщики и штурмовики. Як-9 появились на фронтах во второй половине 1942 года, а в октябре вместе с Ла-5 приняли участие в битве на Волге. На высотах от 4000 до 4800 м машина превосходила Me-109G-2 по скорости и маневренности. На 5 тыс. м Як-9 забирался за 4,9 мин. «Мессеру» для такого же подъема требовалось 5 мин. На полный вираж Як-9 уходило 19—20 с. Противник затрачивал на это 22—23 с. Замечательными боевыми свойствами Як-9, ведущий свое начало от предвоенного Як-1, обязан более совершенной аэродинамике и замене деревянных конструктивных элементов металлическими. Машину оснастили форсированным двигателем ВК-105ПФ. Продолжая заменять в Яках дерево на дюраль и сталь, КБ А. Яковлева облегчает конструкцию Як-9 и увеличивает внутренние свободные объемы фюзеляжа и крыла. Значит, истребитель можно снабдить увеличенным запасом топлива или оснастить мощным оружием. Як-9Д обладал дальностью полета 1400 км. Як-9 ДД — 2000 км. Одну из модификаций (Як-9Т, 1943 г.) оснастили 37-мм орудием НС-37. Позднее, в 1944 году, появился опытный вариант Як-9К, вооруженный 45-мм или 75-мм пушкой. Снаряд пробивал броню танков и боевых кораблей.

С другой стороны, КБ А. Яковлева задалось целью создать предельно легкую машину, наиболее подходящую для действий в тесном контакте с наземными войсками, завоевания господства в воздухе. Скорость, отличная скороподъемность и маневренность — вот важнейшие свойства такой машины. Взяв за основу Як-1, конструкторы заменили деревянные лонжероны крыла металлическими. Все мало-мальски весомые элементы самолета после скрупулезного анализа прочности были облегчены. Скорость удалось увеличить не за счет более мощного мотора, а благодаря уменьшению площади крыла, а следовательно, аэродинамического сопротивления несущей поверхности. Поработали конструкторы и над плавностью обводов самолета. Маслорадиатор перекочевал из-под фюзеляжа в крыло, водяной радиатор, насколько возможно, скрыли в центроплане, сделали убирающимся хвостовое колесо. Скорость новой машины — Як-3 — увеличилась на 70 км/ч по сравнению с Як-1. С мотором ВК-105ПФ Як-3 развивал скорость до 660 км/ч.

Дав фронту отличные истребители, Яковлев продолжал совершенствовать «базовые» модели. Як-3, например, оснастили в 1944 году форсированным двигателем ВК-107А (1500 л.с.). В порядке эксперимента на эту машину поставили даже 57-мм пушку. Стандартными же остались такие комбинации оружия: одна 20-мм пушка и один-два пулемета УБС или две 20-мм пушки. Скорость Як-3 ВК-107А достигала у земли 610 км/ч и 720 км/ч на высоте 5750 м. Потолок достигал 11 800 м. 5-километровую высоту истребитель набирал за 3,9 минуты, вираж совершал за 17 —18 секунд. В том же, 1944 году на Як-3 попытались поставить еще более форсированный двигатель ВК-108. Под пилотированием В. Л. Расторгуева истребитель показал рекордные характеристики: скорость 745 км/ч, близкая к предельной для поршневого самолета, и скороподъемность — 5000 м за 3,5 минуты. Из-за недоведенного мотора самолет в серию не пошел. Та же участь постигла и Як-3 с мотором воздушного охлаждения АШ-82 (1945). Хотя самолет и удался, необходимости в нем в конце войны уже не было.

Неоценимым достоинством Як-3, как, впрочем, и всех истребителей КБ А. Яковлева, была и простота его пилотирования. Этим качеством конструкторы самолетов порой вынужденно поступались в пользу боевых свойств. И тогда истребители при всей своей мощи не прощали ошибок даже опытным асам. Не таков был новый Як. Хорошая маневренность, простота в управлении сочетались с очень мощным пушечным вооружением.

Облегчение конструкции дало возможность поставить в развале V-образного мотора 20-мм пушку, стрелявшую через кок винта. Сквозь диск винта стреляли 2 пулемета калибра 12,7 мм. При широком спектре боевых возможностей «Яковлевых» они оставались похожими не только друг на друга, но и на довоенный Як-1. Правда, Як-3, как и «девятка», выделялся каплевидным фонарем кабины, что давало пилоту хороший обзор задней полусферы.