从第16批次起，燃油携带总量增加了20升。
从第17批次起，改进了无线电设备，并且安装了防止灰尘吸入的过滤器，但因此也造成了飞行速度略有降低。
从第19批次起，用胶合板机身替代了织物蒙皮机身。
同时，萨拉托夫厂也建立了一条新的生产线，在1944年秋天每月大约能生产出250架飞机。而第比利斯厂也开始逐渐停产拉格-3转产雅克-3S战斗机。雅克-3S装备有更大一些的机枪，同时油箱也略增大，这直接导致其比萨拉托夫厂的产品重了25千克，速度也略有下降。
初期的雅克-3在高速飞行时经常会发生事故，对此苏联空军进行了深入的调查研究并发现由于焊接工艺水平造成了机翼强度降低，并最终导致飞机空中解体。由于战争时期各个工厂受条件所致，只能有什么用什么，而且管理也相对混乱，毕竟在数量决定成败的卫国战争关键时刻，是没有人去考虑严格控制飞机质量的。后来在工厂和设计局的共同努力下，通过修改制造工艺最终解决了这个问题。
在设计局和空军，制造厂的共同努力下，终于制定了一个完整的制造标准，这样从1944年10月起生产的飞机已经拥有了和原型机同样出色的性能。
由于雅克-3出色的性能，使得其在空战中损失很小，据苏联方面统计，到1944年末，只损失了56架雅克-3，其中非战斗损失34架。到1945年，苏军共装备有735架雅克-3战斗机，而其中的一半都属于即将对柏林发起总攻的第16航空军。
在对柏林的攻击中，雅克-3主要被用来夺取制空权，偶尔也会客串一些对地攻击任务。其中在3月27日的一次战斗中，L.Dyoma一人就击落了3架属于JG77的Bf 109G。
而随着欧洲战场的结束，苏联把目光投向了尚未投降的日本帝国。在1945年8月苏军在远东对日本的作战中，苏军共部署了106架雅克-3。而在关东军方面，日军手里能与雅克战斗机相抗衡的只有少数的KI-84疾风式战斗机，而日军主要装备的KI-43，隼式战斗机在雅克-3面前根本不堪一击。
总共有4848架雅克-3制造出来，其中萨拉托夫厂生产了3840架，其余的由第比利斯厂制造。
雅克-3P
雅克-3P型
在战后，首先生产的是雅克-3P。雅克-3P的生产从1945年4月一直持续到46年中期，与之前的主要区别在于武器的不同。设计局用新的Berezin B-20M、B-20S机炮替换了原来的SHVAK和UBS机炮并使得雅克-3P型拥有了更加出色的射击稳定性能。但是在苏联航空科学研究院45年12月进行的测试中，雅克-3P的最大海平面速度为572km/h，3800米高度的最大速度为646km/h，爬升至5000米高度用时4.8分钟，尽管如此性能并不是十分让人满意，雅克-3P仍然制造了596架。
雅克-3T重火力型
安装了27mm炮的雅克-3T
与1945年1月设计的雅克-3T装备了十分强大的武器。在机头上设计局保留了两门同步机枪，但是原来设计的B-20机炮被备弹25发的威力巨大的37毫米N-37机炮所替代。为了消除37毫米炮巨大的后座力，设计局在雅克-3T的浆鼓上安装了一个炮口制退器并使得后坐力降低了四分之三左右。为了安装37毫米炮，飞机的座舱被向后移动了400mm，同时燃料携带量也减少了17升，而且取消了自封闭油箱。
尽管采取了多种减重措施，但是飞机的总重量依然达到了2756千克，这样直接导致了飞机的最大海平面速度仅为560km/h，4000米高度的最大速度为629km/h，而航程只有559千米。对飞机的测试表明，装备了37毫米炮的雅克-3T非常适用与对地攻击任务，而且具有极佳的低空操控性。然而飞机也曝露出了一些缺点，雅克-3轻巧的机身无法适应那门巨大的37毫米炮，尽管安装了炮口制退器，但是在射击时的仍然会导致发动机震动，另外炮口发射烟过大，发动机也存在过热问题，以上原因使得雅克-3T型没有投产，同时设计局还制造过装有OKB-16-57 57毫米炮的雅克-3T-57，也没有进入生产。
雅克-3PD高空截击机
雅克-3PD型的珍贵历史照片
以雅克-3机身为基础设计的雅克-3PD是雅克设计局设计的一种十分成功的高空截击机。原型机安装了带有增压器的VK-105PD型发动机，并在战争结束前进行了测试。
雅克-3PD型侧视图
为了适用高空作战，设计局将翼面积增加了近半，并且安装了一个可用于高空的新型螺旋桨。发动机进气口也被挪到了散热器前方，同时为了降低空气温度，安装了水乙醇注入装置，进行如此多的改进后，使得雅克-3PD的总重达到了2616千克，在试飞中，雅克-3PD一度达到了11500米的高空，并且在10850米的最大速度为692km/h，虽然实际数据已经让人振奋，但是通过计算得到的结论，新飞机的最大升限更是可以达到令人吃惊的13000米。但由于发动机存在缺陷，导致试飞工作一度陷入了停顿状态，于是设计局为其安装了VK-105PV型发动机并重新修改了增压器部分，在1945年6月的重新试飞中，飞机在11000米的最大速度为710km/h，在随后的测试中飞机一度飞到了13300米的空中，但由于战争的结束，雅克-3PD型并没有装备部队，原型机一直被设计局用来进行高空研究直到1947年3月。
雅克-3RD混合动力验证机
装在拉-7上的RD-1Khz型火箭发动机，雅克-3RD的安装方式与之相同
雅克-3RD型，注意飞机尾部安装的火箭发动机
雅克设计局于1944年12月推出了一款采用混合动力的雅克-3，除了原来安装的VK-105PF2发动机以外，还安装了一台RD-1Khz型火箭发动机作为辅助加速设备，以硝酸和煤油作为燃料，武器系统为一门备弹60发的NS-23 23mm机炮。在1945年5月11日的试验中，雅克-3PD在7800米的高度飞出了782km/h的最大速度，虽然试验获得了成功，但是火箭发动机也暴露出很多问题，在一次试飞中，发动机发生了爆炸并损坏了尾喷口。
雅克-3RD型三视图
在对原型机进行修复改进后，设计局准备让雅克-3RD参加1945年的航展，但是就在航展前几日的一次试飞中，原型机因事故坠毁，试飞员当场牺牲。随后设计局对事故进行了调查并怀疑是控制连接系统故障导致飞机失事，正由于火箭动力发动机的先天缺陷，再加上具有划时代意义的喷气式战斗机的出现，最终使得设计局放弃了该型机的研发工作。