Первый полет на цельнометаллическом Як-3 выполнил 14 апреля 1945 г. летчик В.Г. Иванов. Заводские испытания завершились 10 мая, а Госиспытания в НИИ ВВС самолет безуспешно проходил с 25 мая по 9 июня. Летчик Антипов выявил лишь несущественное снижение летных данных по сравнению с опытным самолетом с крылом с деревянной обшивкой, но многие недостатки оставались. Мотор вибрировал при сбросе газа на большой высоте, плохое охлаждение вынуждало при длительном использовании «максимала» держать створки радиаторов полностью открытыми, поток продолжал «отсасывать» створки шасси. Недобор летных данных списали на неопытность коллектива завода № 31 при работе с металлом. Эту проблему можно было решить только путем приобретения практического опыта, и было решено запустить цельнометаллический Як-3 в ограниченное серийное производство.
До конца 1945 г. завод № 31 построил 40 таких Як-3 и еще 8 – в следующем году, но заказчик принял первую машину лишь в IV квартале 1945 г., а последнюю – в III квартале следующего. Дальше Як-3 ВК-107А строить не стали. Все-таки для этого мотора оказались более подходящими самолеты Як-9У/П, которые имели несколько другую центровку и более прочный планер. Они и пошли с ним в серию.
Вся логика развития семейства истребителей Яковлева в годы Отечественной войны основывалась на совершенствовании моторов жидкостного охлаждения конструкции Климова. Попытка установки на Як-7 альтернативного звездообразного мотора М-82А, предпринятая на рубеже 1942 г., уперлась в недоведенность изделия КБ-19 Швецова, и эта возможность была упущена. Между тем, С.А. Лавочкин подхватил идею, создав весьма удачные истребители Ла-5 и Ла-7, затем он работал над цельнометаллическим «126», из которого вырос Ла-9. Сам АШ-82 был форсирован, получил систему непосредственного впрыска топлива, объединенное гидравлическое управление газом и шагом винта, а его надежность и ресурс были уже не хуже, чем у ВК-105ПФ, и Яковлев решил сделать модификацию Як-3 с двигателем Швецова.
Этот мотор развивал 1850 л.с. на взлете, 1630 л.с. на высоте 1650 м и 1460 л.с. на 4650 м, но был тяжелее и крупнее ВК-105ПФ2, расход топлива увеличился, и пришлось баки сделать больше. Значительным переделкам подвергся фюзеляж, особенно в носовой части. Чтобы компенсировать рост веса и смещение центра масс, крыло сдвинули вперед, сделали новое цельнометаллическое оперение, заменили стальные тяги руля высоты дюралевыми. Крыло увеличили с тем, чтобы не допустить потери маневренных качеств. Вооружение составили 2 пушки Б-20С (по 120 снарядов на ствол). Среди общих улучшений был более плотный притяг створок шасси и замена на шарикоподшипники быстро изнашивавшихся втулок в тягах управления. Проектирование модификации возглавлял ведущий конструктор В.В. Барсуков.
Агрегаты самолета построил в январе-марте 1945 г. завод № 153 в Новосибирске, где массово строился Як-9 и был филиал ОКБ Яковлева. В апреле сборку завершил завод № 115, и 12 мая Федрови начал летные испытания истребителя, названного Як-3У. Ведущим инженером был назначен A.M. Дружинин. Летные данные были хороши, особенно скороподъемность и набор высоты за боевой разворот, которые были на уровне лучшего варианта Як-3 ВК-107А. Но противокапотажный угол, слабое место всех Як-3. был еще меньше, чем у серийного самолета, и посадка даже без резкого торможения требовала повышенного внимания, усложнился и взлет. После 19 полетов общей продолжительностью 8 ч 40 мин самолет 9 июня вернули на доработку. На нем увеличили вынос шасси, уплотнили стыки капота, повысили эффективность триммера руля высоты, а также поставили новое цельнометаллическое крыло, полностью изжив из конструкции дерево и полотно. Но война кончилась, а для новых условий лучше подходил цельнометаллический истребитель Ла-9 с мощным вооружением, современным оборудованием и перспективой увеличения дальности полета. Преимущество Як-3У в летных данных сочли недостаточно существенным основанием для запуска в серию еще одного истребителя с мотором АШ-82ФН. Но опыт его создания был использован в ходе проектирования самолета первоначального обучения Як-11 с легким звездообразным мотором AШ-21, который стал «летающей партой» для многих курсантов послевоенной поры в СССР и за рубежом
Летчик Семен Роговой на крыле своего именного Як-3, подаренного моряками Амурской военной флотилии
Техник осматривает кабину Як-3. Перед козырьком фонаря установлен ФКП
Переход количества в качество
К середине Второй мировой войны дальнейшее наращивание скорости, скороподъемности, маневренности, дальности, мощи вооружения и установка нового целевого оборудования на поршневые истребители еще были возможны, но какова будет плата за все это, конструкторы не знали, потому смело брались за использование все более мощных моторов.
В 1944 г КБ-26 В.Я. Климова завершило испытания нового двигателя ВК-108. Он сохранил блоки цилиндров ВК-107А, но был еще более теплонапряженным (система охлаждения рассчитывалась на температуру воды +110° С). Новый 2-скоростной нагнетатель Поликовского с регулируемыми лопатками обеспечивал стабильное давление наддува 1175 мм рт.ст. до высоты 4500 м, тогда как у ВК-107А этот параметр был только 1060 мм рт.ст. Это позволило довести взлетную мощность до 1850 л.с., боевая при таком же наддуве у земли составляла 1600 л.с., на I границе высотности 1500 м – 1650 л.с., а на II границе 4500 м – 1500 л.с.