23 февраля 1945 года не вернулся из боя старший лейтенант Шагайло. Его Як-3, предположительно подбитый зенитной артиллерией, горящим упал в районе Бунки-Тени. Товарищи Шагайло поклялись отомстить за смерть пилота, и в тот же день восемь Як-3 встретили 20 ФВ-190. В итоге было уничтожено шесть немецких машин, из них первого «фоккера» сбил ведущий группы старший лейтенант Шульга и по одному младшие лейтенанты Малахов и Злобин, лейтенант Когут и майор Шевченко.
29 сентября 1944 года 1-й и 115-й иап 7-й иад перевооружились на Як-3 и 26 января следующего года начали боевую работу в составе 2-й ВА 1-го Украинского фронта. В феврале – марте 1945 года 1-й гиакп выполнил 826, а 115-й гиаоп – 579 боевых вылетов. В апреле – мае – 1036 и 1130 боевых вылетов соответственно.
Эксплуатация Як-3 в 1-м гиап выявила неудобства для выборки стреляных гильз и звеньев пушки, для чего приходилось вскрывать четыре капота, что, по сравнению с Як-9, было крайне неудобно.
Особое внимание в полках дивизии уделялось сохранению материальной части, хранившейся под открытым небом. В частности, при подготовке Як-3 к летнему сезону были произведены подкраска и ремонт верхнего покрытия, а также полировка поверхности планера, снята теплоизоляция с агрегатов и моторов, которые перевели с антифриза на водяное охлаждение.
Неприятный «подарок» 7 ноября 1944 года преподнесли Красной Армии американцы. В районе югославского города Ниш несколько десятков «Лайтнингов» проштурмовали колонну 37-й армии, погиб командир корпуса генерал Г. П. Котов. Вслед за этим американцы пытались блокировать близлежащий аэродром, где базировались истребители 866-го иап 288-й иад. На отражение налета подняли восемь Як-3 во главе с капитаном А. И. Колдуновым, но два из них (лейтенантов Кривоногих и Шипулина) «Лайтнинги» сбили на взлете. Оставшиеся «яки» в первой же атаке, по разным данным, сбили от трех до пяти «Лайтнингов». Причем один из них записал на свой счет Колдунов.
Бой кончился так же неожиданно, как и начался, и, похоже, союзников отрезвили не столько красные звезды на крыльях истребителей, сколько догоравшие на земле белозвездные «рамы». Как потом выяснилось, американцы взлетели с авиабазы Бари, где базировались и наши Як-9ДД, сопровождавшие транспортные С-47 в полетах к югославским партизанам, и они не могли не знать силуэты наших самолетов.
15 апреля 1945 года на Як-3 переучился 287-й иап 269-й иад и начал боевую работу с прикрытия штурмовиков 4-го шак. Весной 1945 года Як-3 с пушкой ШВАК и двумя пулеметами также состояли на вооружении 89-го гиап. На некоторых машинах были установлены ответчики «свой – чужой» СЧ-3.
Истребители Як-3 состояли на вооружении 13-й воздушной армии и авиации ВМФ. В частности, в сентябре 1944 года на Як-3 начал переучиваться 6-й гвардейский авиаполк авиации ВМФ.
«В первых же полетах на Як-3, – рассказывал морской летчик В. И. Воронов, – мы убедились в высоких летно-тактических характеристиках этой машины. Летчики с восторгом отзывались о новом самолете, наделяли его самыми лестными эпитетами: «Чудо-машина! Мечта пилота! Легкая, как «ишак»!». Самолет превосходил по своим летным данным фашистские самолеты Ме-109 и FW-190, а также лучшие американские истребители «Аэрокобра» и «Спитфайр». Полеты на Як-3 доставляли истинное наслаждение…
За короткое время мы с Акуловым, Денисовым, Рыжкиным и другими летчиками полка перегнали на аэродром Мамайя сорок Як-3 без происшествий, за исключением вынужденной посадки Акулова на воду.
Сложность перегонки заключалась в том, что приходилось выполнять посадку на пяти промежуточных аэродромах Кавказа, Крыма и в Одессе для дозаправки топливом. На Як-3 не было грузовой кабины, куда можно было бы посадить техника или механика, и нам самим приходилось осматривать и дозаправлять самолеты. Во время войны такое положение было обычным, и летчики в большинстве своем хорошо знали технику и могли самостоятельно готовить самолеты к вылету, а кое-кто из наиболее предусмотрительных постоянно имел в кабине истребителя инструмент, и прежде всего плоскогубцы и отвертку.
В феврале 1945 года наш полк перелетел на аэродром Херсонес для выполнения ответственной задачи по прикрытию Ялтинской (Крымской. – Прим. авт.) конференции глав государств антигитлеровской коалиции. В ходе встречи с американскими и английскими летчиками были проведены демонстрационные полеты <…> на Як-3».
После войны ремонт с восстановлением прочности крыла Як-3 13-й ВА и авиации Краснознаменного Балтийского флота осуществлялся на Ленинградском авиазаводе № 272.