В феврале 1943 года завершилась постройка истребителя Як-1М. Он представлял собой дальнейшее развитие самолета Як-1, от которого отличался меньшим весом и крылом меньшей площади. Фюзеляж, позаимствованный у Як-1, отличался отсутствием воздухозаборника под двигателем. Маслорадиатор состоял из двух цилиндрических узлов, расположенных на центроплане под кабиной пилота. Воздухозаборники для маслорадиатора находились у основания обоих крыльев.

Летные данные машины заметно улучшились: Як-1М обладал превосходной горизонтальной и особенно вертикальной маневренностью, максимальная скорость значительно увеличилась. При наличии высоких летных данных самолет остался простым в пилотировании.

В серию самолет пошел под именем Як-3. Первые серийные Як-3 вооружались пушкой ШВАК и одним синхронным пулеметом УБ, а затем был установлен второй синхронный УБ. Из недостатков самолета летчики отмечали малый запас топлива, что делало неэффективной свободную охоту ввиду малой продолжительности боевого вылета. Поэтому Як-3 использовались в основном по вызову наземных постов.

С целью предельного облегчения на Як-3 был установлен минимально необходимый комплект бортового оборудования, позволивший вести бой днем в простых метеусловиях. Обязательным элементом оборудования была радиостанция обеспечивающая двухстороннюю радиосвязь. Выпуск и уборка шасси, посадочных щитков, управление тормозами на всех истребителях Яковлева осуществлялись пневмосистемой. По сравнению с гидросистемами, используемыми для этих целей на истребителях Лавочкина или с электросистемами американских истребителей, пневматика была менее надежной доставляла много хлопот механикам. Зато экономия веса составляла десятки килограммов.

С появлением Як-3 в нашей стране был налажен массовый выпуск истребителей, значительно превосходивших самолеты противника, завоевано безраздельное господство в воздухе.

• Як-3К (1943 года) крупнокалиберный. Под обозначением Як-3К в войска поступали самолеты, вооруженные 45-мм пушкой НС-45. В задачу Як-3К входила борьба с наземными целями, в том числе с тяжелыми танками "Тигр" и "Пантера". Однако для этих целей оказался более удачным самолет Як-9К, вследствие чего Як-3К был выпущен всего количестве нескольких экземпляров.
• Як-3 ВК-107 (1944 года) Опытный Як-3 с двигателем ВК-107А. По результатам испытаний было решено двигатель ВК-107А ставить лишь на более приспособленный для этого Як-9У.
• Як-3Т (1944 года) танковый. Вместо мотор-пушки ШВАК и двух синхронных пулеметов УБС на Як-3Т установлены облегченная 37-мм мотор-пушка H-37 и две синхронные 20-мм пушки Б-20С. По внешнему виду Як-3Т отличался от серийных Як-3 выступавшим из кока винта дульным тормозом пушки H-37. Hесмотря на принятые меры, полетная масса по сравнению с массой серийного Як-3 увеличилась. Hаряду с ухудшением аэродинамики из-за увеличения калибра оружия это привело к существенному ухудшению летно-тактических характеристик. По технике пилотирования Як-3Т был прост и практически ничем не отличался от серийных Як-3. В связи с окончанием Великой Отечественной войны и недоведенностью силовой установки Як-3Т серийно не строился.
  
• Як-3РД (1944 года) одноместный экспериментальный истребитель со смешанной силовой установкой. В дополнение к поршневому двигателю ВК-105ПФ на нем в хвостовой части был установлен жидкостный ракетный двигатель РД-1 тягой в 300кг. Керосин и окислитель (концентрированная азотная кислота) находились в двух специальных крыльевых баках, которые обеспечивали продолжительность работы РД-1 на режиме максимальной тяги в течение трех минут. На испытаниях была получена скорость 782км/ч на высоте 7800м. В августе 1945 года опытный самолет потерпел катастрофу. Летчик Расторгуев погиб, а причину катастрофы установить не удалось. В связи с появлением в послевоенное время турбореактивных двигателей работа по оснащению поршневых самолетов жидкостными ракетными ускорителями потеряла актуальность и была прекращена.
• Як-3ПД (1945 года) высотная модификация с двигателями ВК-105ПД или ВК-105ПВ. Достигнут практический потолок 13000м. Серийно не строился.
• Як-3П (1945 года) пушечный. Модификация серийного самолета Як-3 с тремя пушками Б-20 калибра 20мм. Як-3П серийно строился с апреля 1945 года до середины 1946 года.
• Як-3У (1945 года) Модификация Як-3 со звездообразным двигателем воздушного охлаждения АШ-82ФH. Работы не завершены в связи с окончанием войны. На основе Як-3У был создан учебный истребитель Як-У (Як-11) с двигателем воздушного охлаждения АШ-21.
• Як-3М (1992 года) В 1992 году на оренбургском НПО "Стрела" был возобновлен выпуск самолетов Як-3. Самолет, получивший наименование Як-3М, имеет следующие особенности: цельнометаллическая конструкция с элементами из композитных материалов, отсутствие вооружения, двигатель Allison V-1710, винт Hamilton Standard, современное пилотажно-навигационное и радиооборудование. Самолет предназначен в основном для музеев и частных коллекционеров, а так же для участия в различных авиашоу.