Walki wojny niemiecko-radzieckiej wykazały wkrótce, że osiągi podstawowego radzieckiego samolotu myśliwskiego Jakowlew Jak-1 są niewystarczające, a próby polepszenia ich przez zwiększenie mocy silnika przynosiły niewielki skutek. Drugą drogą polepszenia osiągów były próby zmniejszenia masy konstrukcji, lecz początkowo ograniczały się one głównie do redukcji uzbrojenia samolotu. Dopiero wzrastająca produkcja duraluminium w drugiej połowie 1942 r. pozwoliła na wprowadzenie w Jak-1 większych zmian konstrukcyjnych, w celu zastąpienia konstrukcji drewnianej lżejszą konstrukcją metalową.

15.02.1943 r. zbudowano prototyp lżejszej wersji Jak-1M, w którym w konstrukcji skrzydeł zastosowano duraluminium, przy zmniejszeniu ich rozpiętości do 9,2 m (samolot ten nazywano też ”Moskit”, w starszej literaturze oznaczenie Jak-1M jest błędnie wiązane z wersją Jak-1b). Przeprojektowano układ chłodzenia silnika w celu zmniejszenia oporu aerodynamicznego, zmodyfikowano instalację paliwową i podwozie. Dzięki zmianom, masę samolotu udało się zredukować z 2917 kg do 2655 kg. Początkowo zastosowany niedopracowany silnik M-106 zamieniono w marcu 1943 r. na słabszy M-105PF (WK-105PF). W czerwcu-lipcu 1943 r. prototyp przeszedł pomyślnie badania państwowe. Na drugim prototypie Jak-1M wprowadzono dalsze zmiany: mocniejszy silnik WK-105PF2 i sprawniejszy system chłodzenia. Płócienne poszycie ogonowej części kadłuba zamieniono sklejkowym i wprowadzono lekkie opancerzenie lewej burty kabiny. Wzmocniono ponadto uzbrojenie do 1 działka kal. 20 mm i 2 nkm kal. 12,7 mm. Udało się przy tym zachować masę samolotu 2660 kg. Nowy samolot miał znacznie lepsze osiągi i manewrowość od Jak-1, rozwijając prędkość 651 km/h na wysokości 4300 m. Oceniono go także jako lepszy od samolotów niemieckich Messerschmitt Bf-109G-2 i Focke-Wulf Fw-190A-4. Po badaniach państwowych w październiku 1943 r., drugi prototyp Jak-1M skierowano 26.10.1943 r. do produkcji pod oznaczeniem Jakowlew Jak-3.

Produkcję samolotów Jak-3 (WK-105PF2) rozpoczęto w marcu 1944 r. w zakładzie nr 292 w Saratowie, produkującym Jak-1, a w kwietniu 1944 r. także w zakładzie nr 31 w Tbilisi (wg [5]- do końca czerwca 1943 r. wypuszczono próbną serię samolotów Jak-3. Produkowane były natomiast w wytwórni syberyjskiej, a od 1944 r. w Charkowskich Zakładach Lotniczych i w Kijowskiej Wytwórni Samolotów). Na samolotach seryjnych montowano działko SzWAK kal. 20 mm o większej masie od przewidywanego początkowo działka SzA-20M i dlatego na pierwszych 197 samolotach ilość nkm-ów zmniejszono do jednego. Dalsze 4004 samoloty otrzymały zestaw uzbrojenia złożony z 1 działka SzWAK i dwóch nkm UBS. Seryjne samoloty miały początkowo nieco słabsze osiągi od prototypu i borykały się z problemami technicznymi (odklejające się poszycie skrzydeł, zbyt słabe podwozie i brak radiostacji na wszystkich samolotach). Większość problemów udało się wyeliminować i polepszyć osiągi od jesieni 1944 r. Na początku 1945 r. opracowano wersję Jak-3P ze wzmocnionym uzbrojeniem. Była ona uzbrojona w 3 działka B-20 kal. 20 mm. Po badaniach ukończonych w kwietniu 1945 r., wersję skierowano do produkcji i do połowy 1946 r. wyprodukowano 596 egz. (od sierpnia 1945 r. była to jedyna produkowana wersja).

W samolocie Jak-3 próbowano zastosować silnik WK-107A o mocy startowej 1213 kW (1650 KM), wg [5]- o mocy 1176 kW/1600 KM. Pierwszy prototyp Jak-3 z nowym silnikiem (oznaczany w literaturze Jak-3 WK-107A) ukończono 6.01.1944 r. Samolot miał konstrukcję mieszaną, uzbrojenie składało się z 2 działek B-20S kal. 20 mm. Pomimo zwiększonej masy do 2984 kg, osiągnął prędkość 720 km/h na wysokości 5750 m. Problemy jednak stwarzał nowy silnik, a także system chłodzenia. Drugi prototyp dwukrotnie podchodził do prób państwowych, w lutym i lipcu 1944 r., lecz nie zdołał ich zaliczyć z powodu wadliwego silnika. Z uwagi na dobre osiągi, prace nad samolotem z silnikiem WK-107A jednak kontynuowano. W marcu 1946 r. zakład w Saratowie zbudował trzy dalsze prototypy Jak-3 z kadłubem konstrukcji mieszanej i metalowymi skrzydłami, pokrytymi duraluminium. Uzbrojone były w 2 lub 3 działka kal. 20 mm. Prędkość max wyniosła 697 km/h. Na wiosnę w 1946 r. prowadzone były próby państwowe, których jednak nie przeszły z powodu defektów. Mimo planów produkcji serii 75 egz., samolot nie wszedł do produkcji.

Niezależnie, 31.03.1945 r. ukończono w zakładzie w Tbilisi prototyp Jak-3 z silnikiem WK-107A, o konstrukcji całkowicie metalowej. Uzbrojenie składało się z 2 działek B-20S i B-20M kal. 20 mm . Prędkość na wysokości 5900 m wyniosła 706 km/h. Do 9.06.1945 r. trwały próby państwowe, które samolot ukończył pomyślnie. W latach 1945-1946 zakład w Tbilisi zbudował 48 metalowych Jak-3 (wg [5]- oznaczone jako Jak-3U). Jednak produkcję wstrzymano na korzyść lepszego samolotu Jakowlew Jak-9P z tym samym silnikiem.

Wg [5]- produkcję seryjną samolotów Jak-3 zakończono w 1946 r., wypuszczając ogółem we wszystkich wersjach 4848 samolotów tego typu.

Po raz pierwszy samoloty Jak-3 zadebiutowały na froncie w czerwcu 1944 r. w okolicach Lwowa (wg [5]- pierwsze egzemplarze Jak-3 z serii próbnej wykorzystano w boju na Łuku Kurskim latem 1943 r.). W miarę rozwoju produkcji, samoloty Jak-3 weszły na uzbrojenie radzieckiego lotnictwa, zamieniając wcześniejsze modele myśliwców. Szczególnie nadawały się do walki z myśliwcami wroga, natomiast z uwagi na mniejszy zasięg i długotrwałość lotu, w mniejszym stopniu nadawały się do patrolowania, eskorty bombowców i innych tego typu zadań. Według niektórych opinii niemieckich, były najgroźniejszym typem radzieckich myśliwców. Oprócz lotnictwa radzieckiego, Jak-3 były używane przez niektóre jednostki sojuszników. Od lipca 1944 r. w Jak-3 wyposażono pułk Normandie-Niemen złożony z pilotów francuskich, walczący na froncie wschodnim. Po zakończeniu wojny, w czerwcu 1945 r. Stalin podarował Francji 38 (lub 40) samolotów Jak-3, które służyły we francuskim lotnictwie do 1947 r. Od stycznia 1945 r. trzy samoloty Jak-3 weszły na wyposażenie lotnictwa Jugosławii. W czerwcu 1945 r. dostarczono dalsze 28 egz., a we wrześniu 1945 r. do Jugosławii przyleciał 254 plm wyszkolony w ZSRR, który posiadał 40 samolotów Jak-3. W 1946 r. samoloty były wykorzystywane bojowo w czasie sporu o terytorium Istrii, zestrzeliły one dwa alianckie samoloty transportowe Douglas C-47. Na początku 1949 r. w służbie znajdowało się 48 egz., a w 1953 r. jeszcze 30 egz. W tym samym roku zostały przekazane pułkom szkolnym, w których były używane aż do początku 1957 r.

Powstało również kilka wersji doświadczalnych samolotu Jak-3:
- Jak-3PD- samolot myśliwski wysokościowy, pod koniec 1944 r. i w 1945 r. prowadzono próby dwóch samolotów wyposażonych w silniki WK-105PD oraz WK-105PW, ze sprężarką Je-100, uzbrojonych w 1 działko NS-23 kal. 23 mm. Pierwszy model był nieudany, drugi z silnikiem WK-105PW osiągał na wysokości 11000 m prędkość 710 km/h, nie rozwijany,
- Jak-3RD (lub Jak-3R)- samolot wyposażony w dodatkowy przyspieszacz rakietowy RD-1ChZ zamontowany w tylnej części kadłuba, poniżej zmodyfikowanego usterzenia. Opracowany w 1944 r., został oblatany w grudniu 1944 r. Uzbrojony w 1 działko NS-23 kal. 23 mm. Z włączonym przyspieszaczem samolot mógł osiągnąć prędkość 782 km/h (wg innych źródeł 801 km/h) na wysokości 7800 m. Napęd ten jednak stwarzał duże problemy, 16.08.1945 r. samolot podczas prób uległ katastrofie,
- Jak-3 WK-108- z eksperymentalnym silnikiem WK-108 o mocy 1140 kW (1550 KM). 21.12.1944 r. osiągnął on na próbach prędkość 745 km/h. Silnik ten jednak nie nadawał się do eksploatacji i prace nad samolotem przerwano. Był to jeden z najszybszych samolotów świata napędzany silnikiem tłokowym,
- Jak-3T- wersja z silniejszym uzbrojeniem- 1 działkiem N-37 kal. 37 mm (25 nabojów) i 2 działek B-20S kal. 20 mm. Opracowana na początku 1945 r., prototyp oblatano 24.01.1945 r. Osiągnął prędkość do 629 km/h, jednak badania państwowe prowadzone od lutego do kwietnia 1945 r. wykazały wady. Wskutek zakończenia wojny i istnienia podobnych samolotów Jak-9T i Jak-9UT, dalej wersji tej nie rozwijano,
- Jak-3K- wyposażona w działko NS-45 kal. 45 mm, przeznaczona specjalnie do zwalczania czołgów. Nie weszła do produkcji,
- Jak-3U- wersja wyposażona w silnik gwiazdowy ASz-82FN. Prototyp zbudowano w kwietniu 1945 r. Samolot ten uzyskał prędkość 682 km/h. Z uwagi na zakończenie wojny, nie kontynuowano prac, zebrane doświadczenia wykorzystano w konstrukcji samolotu szkolno-treningowego Jakowlew Jak-11.

W latach 1990-tych w Rosji zbudowano na zamówienie kilkanaście latających replik myśliwców Jakowlewa z czasów Wielkiej Wojny Ojczyźnianej. Były to głównie modele Jak-3 i Jak-9D. Samoloty Jak-3 otrzymały oznaczenie Jak-3M. Budowane były od 1992 r. przez zakłady Strieła w Orenburgu, bazujące częściowo na oryginalnych planach. Samoloty te mają konstrukcję całkowicie metalową z elementami kompozytowymi. Napęd stanowi amerykański silnik Allison V-1710 o mocy 974 kW (1325 KM), nie mają uzbrojenia i posiadają nowoczesne wyposażenie pilotażowe. Do 2001 r. zbudowano 12 egz., głównie dla bogatych kolekcjonerów z Zachodu: od USA po Nową Zelandię i od Europy po RPA.

W Polsce.

Samoloty Jak-3 znajdowały się również w wyposażeniu jednostek ludowego Lotnictwa Polskiego. Pierwsza maszyna tego typu była dostarczona pod koniec 1944 r. do 1 Pułku Lotnictwa Myśliwskiego ”Warszawa”. W kwietniu 1945 r. przybyły do Kutna ze Związku Radzieckiego 10 i 11 plm, które posiadały również po jednym Jak-3. W dniu 8.04.1945 r. do Kutna sprowadzono dalsze 10 maszyn Jak-3. W pułkach myśliwskich przeciętna ilość Jak-3 wahała się od 3 do 5 egz. Ponieważ standardowe wyposażenie jednostek stanowiły wówczas Jak-1b oraz Jak-9M, Jak-9T i Jak-9D, Jaki-3 pozostawiono do dyspozycji dowódców pułków i dowódców eskadr. Samoloty brały udział podczas walk w Operacji Berlińskiej, przeprowadzając loty bojowe jeszcze w dniach 3 i 4.05.1945 r. Po zakończeniu wojny powróciły z jednostkami do kraju.

Samoloty Jak-3 znajdowały się na wyposażeniu następujących jednostek lotniczych:
- 2 Sam. Esk. Sztabowa Dowództwa Wojsk Lotniczych,
- 1 Pułku Lotnictwa Myśliwskiego ”Warszawa”,
- Dowództwo 1 Mieszanego Korpusu Lotnictwa,
- Dowództwo 3 Dywizji Lotnictwa Myśliwskiego,
- 9 Pułku Lotnictwa Myśliwskiego,
- 10 Pułku Lotnictwa Myśliwskiego,
- 11 Pułku Lotnictwa Myśliwskiego,
- 1 Samodzielnej Szkolno-Treningowej Mieszanego Pułku Lotnictwa,
- Oficerska Szkoła Lotnicza w Dęblinie,
- na wiosnę 1945 r. polscy piloci 'przechodzili również przeszkolenie na samolotach Jak-3 w radzieckiej 1 Wojskowej Szkole Lotniczej w Krasnym Kucie.
W dniu 24.04.1945 r. w lotnictwie polskim znajdowało się 13 samolotów Jak-3, 1.05.1945 r.- 16, natomiast 10.02.1946 r.- 20.

Samoloty Jak-3 wycofano z jednostek w drugiej połowie 1946 r. Ostatnie samoloty Jak-3 (WK-105PF2) skreślono 4.09.1946 r. z ewidencji 1 plm. Część z nich po remoncie w PZL Mielec została skierowana na krótko do OSL w Dęblinie.

Konstrukcja:
Jak-3 WK-105PF2- jednomiejscowy dolnopłat o konstrukcji mieszanej.
Skrzydło niedzielone, dwudźwigarowe, konstrukcji metalowej (wg [5]- dźwigary z duraluminium, reszta konstrukcji drewniana), pokryte sklejką obciągniętą płótnem. Samoloty ostatnich serii produkcyjnych miały klapy pod-skrzydłowe.
Kadłub wykonany jako kratownica przestrzenna spawana z rur stalowych, oprofilowana na grzbiecie i od spodu. Pokrycie przodu kadłuba do kabiny pilota- blachą duralową. Boki tylnej części pokryte płótnem, a grzbiet i spód sklejką oklejoną płótnem. Kabina zakryta.
Usterzenie- stateczniki były konstrukcji drewnianej, pokryte sklejką. Stery duralowe pokryte płótnem.
Podwozie klasyczne, chowane w locie.

Uzbrojenie:
- Jak-3- 1 działko SzWAK kal. 20 mm strzelające przez wał śmigła i 2 zsynchronizowane najcięższe karabiny maszynowe UBS kal. 12,7 mm nad silnikiem,
- Jak-3P- 1 działko B-20M kal. 20 mm (wg [5]- lub MP-23-WW kal. 23 mm) strzelające przez wał śmigła i 2 zsynchronizowane działka B-20S kal. 20 mm nad silnikiem,
- Jak-3 (WK-107A)- 1 działko B-20M kal. 20 mm strzelające przez wał śmigła i 1 zsynchronizowane działko B-20S kal. 20 mm nad silnikiem,
- Jak-3PD, Jak-3RD (Jak-3R)- 1 działko NS-23 kal. 23 mm.

Silnik:
- Jak-3 WK-105PF2, Jak-3P- rzędowy w układzie V typu WK-105PF2 o mocy 912 kW (1240 KM), wg [5]- o mocy 772/926 kW (1050/1260 KM),
- Jak-3 (WK-107A)- rzędowy WK-107A o mocy 1103 kW (1500 KM),
- Jak-3RD (Jak-3R)- rzędowy WK-105PF-2 o mocy 911 kW (1240 KM) oraz silnik rakietowy RD-1CnZ w tyle kadłuba,
- Jak-3 (WK-108)- WK-108 o mocy 1140 kW (1550 KM).

Dane techniczne: