В конце 1942 г. на аппарате Як-1М было разработано и испытано новое маленькое крыло, а в конце 1943 г. поднялся в воздух первый опытный экземпляр самолета Як-3. Первые серийные самолеты Як-3 поступили на вооружение в июле 1944 г. Як-3 оказался прекрасным истребителем для использования на высоте до 4000 м (13125 футов). Его летные характеристики были очень высокими, несмотря на то, что из-за невозможности установить на нем первоначально планировавшийся двигатель ВК-107, пришлось полагаться на двигатель ВК-105ПФ-2.

Было выпущено 4848 машин. Высшего совершенства они достигли в августе 1944 г., когда появились в ограниченном количестве двигатели ВК-107А мощностью 1268 кВт (1700 л.с.). С их использованием максимальная скорость на высоте 6000 м (19658 футов) возросла до 720 км/час (447 миль/час).