Весной 1945 года на контрольные испытания в НИИ ВВС, проходившие с 23 марта по 9 апреля, поступил самолет № 2229 саратовского авиазавода. На крыле усилили средние части нервюр № 8, 9, 10, 11, 14, 16 и 18, установили дополнительные замки на центропланные щитки, закрывавшие после уборки основные опоры шасси, сборник конденсата между компрессором АК-50 и прямоточным фильтром, маслорадиатор типа 555 заменили на 555У.
Выяснилось, что на самолете сохранились дефекты, выявленные в ходе контрольных испытаний машины № 1112 (сентябрь 1944 г.), а трубка Вентури, питавшая гироскопические приборы и установленная в выходной части тоннеля водорадиатора, не обеспечивала необходимого перепада давления для нормальной работы указателя поворота.
Максимальные горизонтальные скорости истребителя оказались заниженными по сравнению с установленными постановлением ГКО от 26 октября 1943 года на 10–11 км/ч при кране шасси, поставленном на уборку, и на 22–25 км/ч — в его нейтральном положении. Дальность радиопередачи не превышала 60 км, а емкость бензобаков сократилась на 12 литров.
Кроме этого, отмечалось, что сферический козырек фонаря искажал видимые через него предметы и на нем отсутствовало переднее бронестекло. Несмотря на то что опыт Великой Отечественной показал, что немцы избегали лобовых атак и вероятность поражения летчика с передней полусферы была ничтожна, заказчик продолжал настаивать на переднем бронестекле, но на Як-3 его так и не установили, ограничившись задней прозрачной броней.
Усилия на ручке управления самолетом были чрезмерными, а эффективность руля высоты — мала. Были отмечены и другие недостатки. Хотя самолет испытания не выдержал, промышленность продолжала выпуск Як-3, а военпреды их принимали.
Вслед за машиной № 2229 на контрольные испытания в НИИ ВВС поступил самолет № 4145, выпушенный в мае тем же заводом. По сравнению с предшественником на нем улучшили аэродинамику за счет уменьшения волнистости обшивки, более тщательной подгонки капотов, лючков и зализов. На средние щитки шасси поставили дополнительные замки, усилили купола колес шасси и киль, заменив промежуточные нервюры основными, а скользящие подшипники качалок тяг — шариковыми. Тогда же в системе всасывания мотора появился противопыльный фильтр, прошедший испытания в НИИ ВВС на машине 03–22.
Испытания показали, что истребитель № 4145 полностью соответствует требованиям ГКО от 26 октября 1943 года, хотя в нем и сохранились некоторые, ранее обнаруженные дефекты. В частности, не устранили большие усилия на ручку управления самолетом от элеронов, отсос щитков шасси на повышенных скоростях и искажение сферическим козырьком (по-прежнему не имевшим бронестекла) видимых предметов. К тому же установка трубки Вентури в выходной части тоннеля водорадиатора искажала показания указателя поворота. Отмечалась и недостаточная дальность двухсторонней радиосвязи. Лишь после войны на истребителях стали крепить излучатель антенны к мачте, что значительно увеличило дальность радиосвязи.
Выпуск Як-3 с мотором ВК-105ПФ2, пушкой МП-20 и двумя пулеметами БС продолжался как минимум до лета 1945 года.
В 1944 году на изготовление Як-3 перешел завод № 31 в Тбилиси. В начале апреля того же года был построен первый экземпляр машины № 310001 с двигателем ВК-105ПФ2, и с 11 апреля по 25 мая проходили его заводские испытания. Вооружение истребителя включало пушку МП-20 и два БСа с боезапасом 110 и 300 патронов соответственно. Ведущими по машине были инженер И. А. Шабанов и летчик С. Г. Плыгунов.
1 — двигатель ВК-105ПФ2; 2 — пушка 20-мм; 3 — ручка управления самолетом; 4 — прицел; 5 — бронеспинка; 8 — бронестекло; 9 — аккумулятор; 10 — антенна радиостанции; 11 — воздушный баллон; 12 — кислородный баллон; 13 — створка водорадиатора; 14 — водорадиатор; 15 — приемник воздушного давления; 16 — топливный бак; 17 — патронные ящики; 18 — воздухозаборники радиаторов; 19 — водяные баки; 20 — винт изменяемого шага.