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YaK-4 初期型（2）YaK-2 后期型（3）GAZ1 生产的 YaK-2 初期型（4）GAZ81 生产的 YaK-2（注意机头的不同）
除了对生产型的飞机做进一步改良，GAZ81 还启动了将 BB-22 改装成俯冲轰炸机的计划，由该厂的工程师库巴拉（Curbala）领导。被称为 BPB-22 的新飞机计划采用两台带有两段增压设备的 M-105 引擎，每一台发动机在 4,000 米高度时的输出功率为 783 千瓦。其他的修改还包括，安装减速板，配备可自动进入/改出俯冲的操纵系统等等。新飞机的重量达到了 5,962 公斤，在 5,100 米高度的最大平飞速度为 533 公里/小时，当减少载弹量后还可以将速度提高到 558 公里/小时。
1940 年 10 月末，试飞员拉普金（Lapkin）驾驶该机进行了首次试飞，而随后的飞行测试则全部转移到（Ramenskoe），试飞员也换成了保尔（Y. Paul）。在一次试飞中，发动机由于缺油而突然停车。这位经验丰富的试飞员试图挽救原型机，尽全力阻止飞机进入螺旋并努力操纵飞机向机场滑翔 。保尔事后回忆说“…当失去动力时整架飞机象一块石头一样往下掉，当时的高度无法避免飞机坠毁…”。因为这次事故，BPB-22 的开发陷于停顿。
雅克-4 型侦察/轰炸机同样使用两台 M-105 液冷发动机，但在机翼外段增设了两个燃料槽，使得该机的燃料携带量增加了 180 升。该机在海平面的最大平飞速度增加到 458 公里/小时，在 5,050 米高度时则可以达到 533 公里/小时，而爬升率和实用升限也获得了一定的提高。
YaK-4 轰炸机，主要外观特征是发动机下方的散热器
然而，在对该机进行了性能评估后，NII VVS 的首脑菲林（A. Filin）却以性能达不到空军要求为由认为应当立刻停止 YaK-4 飞机的开发。这话确实有几分道理，该机在稳定性，引擎和航程过短这些方面的问题并没有获得真正的解决。虽然最终投入了批量生产，但 YaK-4 的设计一直没有获得进一步的完善。雅克福列夫设计局由于要负责 I-26（即后来的 YaK-1 型战斗机）的开发而无暇顾及 BB-22 的改良工作。最后一批共 22 架 YaK-4 在 1941 年 4 月完成制造，YaK-2/4 的总生产量为 201 架，而并不是雅克福列夫在《苏联空军》一书里所宣称的 600 架。
Yak-4 三面图
第一个装备雅克飞机的是第 136 短程轰炸航空团（BBAP），但该机在换装过程中暴露出了一系列的问题，导致厂家不得不派出一个工作组协助空军完成飞行员的转型训练。当冬季来临时，该团作为空军第十九师的下属，被部署到别尔季切夫（Berdichev）和涅克沃洛谢（Nekhvorosch）两地的机场。由于缺乏铲雪设备和改装滑橇起落架的套件，所有的飞机全部被困在了飞机场上。冬天带来的另一个麻烦是，冷却液的循环管道在严寒下往往会爆裂，进一步增加了后勤维护的困难度。三四月份的天气虽然有了好转，但对该团的飞行员来说情况仍然很糟。开春后加强飞行训练的计划因为可用机数的急剧减小而不得不亮起红灯，全团三十三架飞机中只剩八架还可以升空，有十七架飞机的木制下翼面因为腐败而扭曲变形，副翼上的蒙皮也因为粘合剂失效而剥离。一个由第十九师高级工程师斯特帕诺夫（F. Stepanov）领头的委员会在经过了十天的调查后发现，一架仅仅飞了十六个小时的飞机已经出现了多种故障隐患，上翼面的胶合板蒙皮翘起，翼前缘蒙皮迸裂，机身中段和尾段出现裂缝。其实这些并非飞机的质量问题，不难想象一架木制的飞机在雪堆里整整埋了一个冬天会变成什么样。最后的调查结论是 YaK-2/4 飞机在冬季不能露天停放，应该移到机库内以保证木制零件的干燥。然而这个要求对当时的苏联空军来说未免太过奢侈了。
1940 年 6 月 20 日，第 136 团共有四十九架 YaK-2 及五架 YaK-4（按照五个中队的编制，满员时应该是六十架飞机）。从字面上来说，该团共有 58 名飞行员和 63 名领航员，但真正能够作战的满打满算也就三十六个机组，其他的根本就没有受过足够的培训。不少空勤人员甚至没有受过在白昼良好气象条件下的飞行训练！这便是 1940 年时苏联大多数航校毕业生的真实情况，很多人都没有达到毕业所需的基本飞行时数，就被空军急匆匆地补充到作战部队中充数。
空军第十九师的飞机主要部署在白采尔科维（Belaya Tserkov）附近的一些机场上，因此在苏德战争爆发当天遭受了惨重的损失。根据当时西南方面总指挥科帕诺斯将军（General M.P. Kirponos）在 6 月 24 日匆忙制定的计划，该部队应从第二天起参与战斗。“…6：50 分以前负责支援陆军装甲部队反击的第 15，16，19 空军师的飞机必须负担起侦察任务，并为后续轰炸机部队确定目标。从 6：50 分到 7：00，空军发起第一波攻击；整个攻击行动将持续到 8：00 点陆军装甲部队发起攻击为止…”根据这一计划，YaK-2 和 YaK-4 轰炸机如同其他苏联轰炸机（包括 SB，Ar-2，Su-2 和 Pe-2 等型号）一样在接下来的几天里反复以三到六机的规模徘徊在战场上空，伺机从低空对德军地面目标发起攻击。应该说苏联空军的行动取得了一定的战果。在 6 月 28 日到 29 日的两天里，他们在奥斯特鲁格（Ostrug）附近的森林地带有效地迟滞了德军的一个装甲师，而德军第一装甲集群向斯拉武塔（Slavuta）和谢泼托夫卡（Shepetovka）两地的攻击势头在这几天里也得到了遏制。不过苏联空军为此付出了巨大的代价。除了地面上密集的对空炮火外，第十五和十六师还要面对来自 JG3“乌戴特”联队的那些王牌飞行员，短短几天内就几乎丢掉了手头全部可以出动的飞机。
被摧毁在机场上的雅克轰炸机，后方还有同时被摧毁的 I-16 战斗机和 SB 轰炸机
由于空地勤人员对新装备的雅克飞机还没有真正掌握，第 136 团出动的次数相对来说要少一些，损失也小一些。但另一个问题是，苏联的高射炮手和战斗机飞行员同样不熟悉这些双发飞机。6 月 28 日，一架 YaK-2 在苏杜尔基（Sudulki）附近被一架自己的 I-153 战斗机击落。七月初，第十九师开始受命攻击挺进中的德国装甲部队，由于得不到己方战斗机的有力保护，该师的部队遭到了和西南方面其他 VVS 部队相似的命运。到 7 月 16 日，136 团只剩下了 13 名空勤人员和六架 YaK-2。