Заводские испытания Як-3Т начались в январе 1944 г., а в феврале-апреле самолет испытывался в НИИ ВВС. Важная особенность Як-3Т, выгодно отличавшая его от Як-9Т, состояла в значительно меньшей отдаче при стрельбе из 37-мм пушки. Отдача была такова, что линия прицеливания не сбивалась после 3–4 выстрелов, как у Як-9Т. Вполне допускалась стрельба длинными очередями. Удивительно, но факт, маневренный и скоростной Як-3Т, весивший на 270 кг меньше, чем Як-9Т, по весу секундного залпа, составлявшего 5.75 кг/с, превосходил в начале 1945 г. все советские истребители, в том числе и Як-9К с его 45-мм пушкой. В то же время военные, конечно же, не могли согласиться с отсутствием бронирования (на самолете имелось только бронестекло) и системы нейтрального газа, что сильно уменьшало живучесть истребителя. Но главный недостаток Як-3Т заключался в неудовлетворительной работе системы охлаждения, оперативно довести которую так и не удалось. Тратить время на длительные доработки не стали, тем более, что уже появился истребитель Як-9УТ, которому и было отдано предпочтение.
Если Як-3Т остался только в опытном экземпляре, то судьба Як-3П сложилась гораздо удачнее. Этот истребитель отличался от серийного Як-3 только вооружением, которое составляли три 20-мм пушки: одна центральная Б-20М с боезапасом 120 снарядов (вместо пушки ШВАК) и две синхронных Б-2 °C с боезапасом по 130 снарядов (вместо пулеметов УБ). Благодаря новому оружию, намного возросла огневая мощь истребителя. Вес секундного залпа Як-3П — 3.52 кг/с — был близок к Як-9Т (хотя, конечно, поражающая способность 37-мм пушки была выше) и почти на треть превышал вес залпа Як-3. А вот вес оружия и боезапаса Як-3П оказался даже немного меньше, чем у Як-3.
Истребитель Як-3П без осложнений прошел испытания в НИИ ВВС, и в апреле 1945 г. началось его серийное производство. Сначала Як-3П выпускался параллельно с Як-3, а с августа 1945 г. и до конца выпуска в середине 1946 г. все Як-3 с ВК-105ПФ2 изготовлялись с тремя пушками. В строевых частях, да и во многих официальных документах, индекс «П» в обозначении самолета часто опускали, и трехпушечные истребители называли по-прежнему Як-3. В боевых действиях Великой Отечественной войны Як-3П принять участие уже не успел. Всего в трехпушечном варианте построили 596 истребителей Як-3.
Истребитель Як-3П на испытаниях в НИИ ВВС в апреле 1945 г. Благодаря трем пушкам вес секундного залпа самолета увеличился на треть. Истребители Як-3П выпускались серийно с апреля 1945 г., но принять участие в боевых действиях уже не успели
Экспериментальный Як-3 с мотором ВК-105ПФ2. Маслорадиатор но этом самолете был размещен в одном туннеле с водорадиатором, а всасывающий патрубок стоял только в левом зализе крыла. На втором снимке тот же самолет, переоборудованный для исследования новой системы выхлопа (наподобие той, что была на английском «Москито»)
Экспериментальный вариант истребителя Як-3П с опытным скоростным винтом на испытаниях в Летно-исследовательском институте.
Серийное производство Як-3П, который часто называли по-прежнему просто Як-3, завершилось в середине 1946 г. На снимке вверху показан Як-3П на контрольных испытаниях в НИИ ВВС в июне 1946 г. Они были последними в жизни истребителя этого типа. Карьера самолета завершалась.
на снимке внизу — опытный высотный истребитель-перехватчик Як-3ПД. Этот самолет отличался высотным мотором, крылом увеличенного размаха, вооружением (одна пушка калибра 23 мм) и положением всасывающего патрубка, размещенного под капотом
Подобно Як-7 и Як-9, истребитель имел высотную модификацию, предназначенную для действий в системе ПВО. В сентябре 1944 г. и в феврале 1945 г. последовательно были построены два опытных самолета с моторами ВК-105ПД и ВК-105ПВ. Моторы имели полностью идентичную конструкцию, но последний отличался некоторыми усовершенствованиями двухскоростного двухступенчатого нагнетателя. Самолеты, называвшиеся Як-3ПД, были подобны и отличались от серийных Як-3 крылом увеличенного на 0.6 м размаха, вооружением (одна центральная пушка НС-23 калибра 23 мм с боезапасом 60 снарядов), винтом (ВИШ-105ТЛ-2), некоторыми деталями оборудования, положением всасывающего патрубка, который разместили под фюзеляжем, и увеличенными каналами маслорадиаторов.
Испытания и доводки Як-3ПД продолжались в Летно-исследовательском институте до середины лета 1945 г., когда, наконец, силовая установка была полностью отлажена. Самолет обладал хорошими скоростными и маневренными характеристиками на больших высотах. Однако в середине 1945 г. подобные истребители уже не вызывали у ВВС интереса, и Як-3ПД остался только в двух опытных экземплярах.
Когда в начале 1943 г. неудача постигла опытный Як-3 с М-107А (с 1944 г. ВК-107А), конструкторы фирмы «Як» не оставили надежду на возможность довести самолет до боеспособного состояния и продолжали работу. Параллельно в КБ В.Я.Климова проводились усовершенствования мотора. Испытания самолета шли долго и трудно. Обнаруживался то один, то другой дефект. Некоторые из них удавалось исправить на опытной машине, а в полном объеме их постарались устранить на втором экземпляре самолета, появившегося спустя год, в январе 1944 г.
На этой машине для улучшения центровки кабину летчика сдвинули назад на 0.4 м. Модернизирован был фонарь кабины и усовершенствована система охлаждения. Вооружение состояло из двух синхронных пушек Б-2 °C. Это были самые первые, еще «сырые», опытные экземпляры, которые впервые испытывались на самолете.
После краткосрочных заводских испытаний истребитель в январе 1944 г. передали в НИИ ВВС. Летные характеристики Як-3 с ВК-107А оказались превосходными. По скорости, скороподъемности и вертикальной маневренности ему не было равных. Например, набор высоты за боевой разворот составлял 1500 м, что на 400 м превышало тот же показатель Bf 109G и было почти вдвое лучше, чем у FW 190А-4. Истребитель остался простым в пилотировании, а его штопорные свойства ничуть не ухудшились. Правда, из-за возросшего веса этому самолету требовались аэродромы несколько больших размеров, чем для Як-3 с ВК-105ПФ2.
Военные сочли Як-3 с ВК-107А лучшим из известных истребителей, но рекомендовать его в серию и на вооружение ВВС, тем не менее, отказались. И тому были веские причины.
Во время испытаний в НИИ ВВС мотор ВК-107А работал ненадежно и часто выходил из строя, нуждались в дальнейшем улучшении системы охлаждения воды и масла. Из-за малого противокапотажного угла сильно усложнялась эксплуатация самолета. В этом отношении истребители «Як» и так были не вполне благополучны: из-за опасности скапотировать исключалось интенсивное торможение на пробеге, а при пробе мотора на земле и рулении по вязкому грунту на хвост самолета приходилось сажать человека. Нетрудно представить себе, насколько обострились эти проблемы на самолете со столь мощным мотором как ВК-107А. Но главный и наиболее опасный дефект новой машины заключался в недостаточной прочности конструкции, причем не только крыла, но также фюзеляжа и оперения. Словом, Як-3 оказался не вполне приспособленным к установке такого мощного и тяжелого мотора, как ВК-107А. Требовалась существенная переделка конструкции истребителя.