Хотя Як-3 с мотором М-107А неплохо летал, Александр Сергеевич прекрасно понимал, что более крепкий планер «девятки» гораздо лучше подходит для мощного М-107А. Тем более, что прочность ряда узлов Як-3 М- 107А не соответствовала требованиям по разрушающим перегрузкам.
Работа над новым самолетом закончилась к декабрю 1943 г. К этому времени вышел еще один важный документ – Постановление ГКО №4429 от 26 Октября, согласно которому к серийному производству Як-9 М-107А подключался московский авиазавод №82. Документ требовал в 1 квартале 1944 г. осуществить полный переход авиазавода с выпуска Як-7Б на Як-9 М-107А. Директору завода Н.В.Климовицкому надлежало сдать военным первые пять новых истребителей в январе, а в феврале строить их уже по одному в сутки, что теоретически позволяло перевооружать ежемесячно по одному истребительному авиаполку.
Опытный Як-9У М-107А построили в два этапа. 23 июля 1943 г. был готов самолет, аналогичный тому, что испытывали в ЛИИ, но на основе планера Як-9Т с задним расположением кабины. Достаточно быстро Яковлев внес необходимые улучшения в конструкцию, по аналогии с самолетом Як-1М «Дублер». Отсек вооружения переделали, установив пушку ШВАК-20 и два синхронных пулемета УБС. 28 декабря 1943 г. машина поступила на заводские испытания. Вел их Н.К.Скржинский, который замещал главного конструктора А.С.Яковлева на заводе №166. Всего восемь полетов понадобилось выполнить заводскому летчику-испытателю А.И.Кокину, чтобы подготовить благоприятное заключение по самолету. В отчете об испытаниях он писал: «…В начале разбега и в момент отрыва совершенно не чувствуется какой бы то ни было вялости в поведении самолета. С первого мгновения дачи полного газа самолет управляем и чувствуется, что он очень «плотно сидит» в воздухе… Набор высоты на скорости 290 км/ч по прибору происходит с большим углом подъема, что несколько неудобно, т. к. не чувствуется земли… Необходимо отметить хорошую приемистость мотора и самолета…»
В отчете по заводским испытаниям практически не отмечалось каких-либо недостатков истребителя. Мотор работал ровно, а температурный режим воды и масла находился в пределах нормы. По всему было видно, что А.И.Кокину самолет понравился. К сожалению, машина «отплатила» пилоту «черной неблагодарностью». При доводке самолета 15 апреля 1944 г. произошла катастрофа. Неожиданно вспыхнул мотор и пытаясь спасти опытный самолет Андрей Иванович Кокин погиб. По мнению аварийной комиссии, причиной катастрофы стала поломка ниппеля бензиновой трубки и протечка бензина с его последующим загоранием.
Но это случилось потом. А в середине января 1944 г. начались государственные испытания опытной машины в НИИ ВВС, в которых участвовала ведущая «яковлевская» бригада, возглавляемая опытными инженер-майором А.Г.Степанцом и летчиком майором А.Г.Прошаковым. Здесь уже оценка самолета была двоякой. С одной стороны отмечалось множество достоинств нового истребителя. Специалисты НИИ ВВС обратили внимание на то, что значительный рост летно-тактических данных достигнут не только путем установки более мощного и высотного двигателя, но и за счет множества мероприятий по улучшению аэродинамики. В частности, на крыльевые щитки шасси установили замки, улучшили по рекомендациям ЦАГИ внешние и внутренние обводы туннеля водорадиатора, отполировали переднюю кромку крыла, оперения и носовую часть капота мотора.
С другой стороны, были отмечены многочисленные дефекты самолета, особенно его ВМГ. Например новый двигатель сохранил некоторые характерные недостатки предыдущей 105-й модели: выброс масла из суфлера и переднего уплотнения редуктора, падение давления масла ниже допустимого предела с подъемом самолета на высоту. Сохранялась и тряска мотора при работе на пониженных оборотах, а также при уборке и даче газа, имели место и массовые случаи выхода из строя свечей.
Обычно, в задачу государственных испытаний входило снятие летно-тактических данных самолета и оценка его. Но здесь было не совсем так. Первоначально, по предложению А.Т.Степанца, винт АВ-10П-20 обратной схемы заменили на винт ВИШ-107Л прямой, т. к. первый сильно «забрасывал» обороты на переходных режимах. Затем, по просьбе А.С.Яковлева двигатель №347-54. поменяли на только что полученный ОКБ В.Я.Климова №417-50. Причина такой «рокировки» заключалась в том, что первый имел недостаточную высотность масло- и водосистем.
Однако надежность второго оказалась недостаточной и он проработал на истребителе всего около девяти часов. 22 февраля 1944 г. при снятии максимальных скоростей по высотам примерно на 5500 м разрушились коренные подшипники нагнетателя, что привело к заклиниванию мотора. Афанасий Григорьевич Прошаков проявил завидное самообладание и высокое летное мастерство. Мгновенно оценив ситуацию, он выключил мотор за несколько мгновений до того как тот загорелся, а затем точно спланировал на взлетную полосу. За сохранение ценной материальной части майору Прошакову объявили благодарность по институту и наградили именными часами.
Несмотря на серьезное летное происшествие, ведущий летчик-испытатель положительно оценил новый самолет, особо высоко отозвавшись о его устойчивости и вертикальной маневренности. К мнению Прошакова присоединились летчики облета А.Г.Кубышкин и Ю.А.Антипов. Последний писал: «По своим летно-тактическим данным: горизонтальной скорости и скороподъемности самолет Як-9У превосходит все известные отечественные и импортные истребители, а также немецкие Bf109G и FW190A. В технике пилотирования самолет так же прост, как и серийные Як-9…»
