В ходе испытаний выявили целый букет дефектов: 25 — по планеру, четыре — по шасси, десять — по силовой установке, пять — по вооружению и восемь — по спецоборудованию. Из них лишь десять (20 %) можно отнести к конструктивным недостаткам. Замечания заказчика учли и менее чем за два года сдали военным 960 машин.
Эксплуатационные испытания самолета № 0528 Саратовского авиазавода, проходившие с 14 ноября 1944-го по 6 июня 1945 года (общий налет 72 часа), показали, что после наработки двигателем 95 часов максимальная скорость у земли снижалась на 10 км/ч, на 1-й границе высотности — на 5 км/ч и на 2-й границе высотности — на 19 км/ч. При этом 1-я граница высотности снизилась на 250 метров, а 2-я — на 350 метров. Время набора высоты 5000 метров возрастало на 18 секунд. Других замечаний к машине практически не было.
В марте 1945 года в НИИ ВВС завершились испытания трофейного истребителя FW.190A-8, вооруженного двумя 20-мм пушками и двумя 13-мм пулеметами. Воздушный бой, проведенный с Як-3 с двигателем ВК-105-ПФ2, показал, что наш истребитель обладает значительным преимуществом над «немцем» в маневренности и скороподъемности и лишь незначительно уступает в максимальной скорости у земли при работе двигателя FW.190A-8 на форсаже, что позволяло ему уходить от преследования. На горизонталях Як-3 заходил в хвост «немцу» через 1,5–2 виража. В вертикальной плоскости Як-3 сохранял превосходство в высоте, а на пикировании Як-3 быстрее разгонялся, что позволяло не только захватывать инициативу в бою, атакуя противника, но и уходить от него. При этом следовало учитывать, что Як-3 быстрее разгонялся и превосходил FW.190A-8 в начале пикировании на меньших скоростях, а на больших скоростях увеличение скорости происходило медленнее.
В ходе серийного производства Як-3, как, впрочем, и другие самолеты, проходил контрольные испытания в ЛИИ. Как правило, после снятия основных летных данных самолеты отправлялись заказчику, но 17 мая 1945 года произошла авария, едва не переросшая в катастрофу. Накануне летчик-испытатель И. В. Эйнис выполнил на Як-3 полет на высший пилотаж, а точнее, на проверку прочности в полном соответствии с заданием. Все прошло хорошо, если не считать, что основные опоры шасси выпустились не одновременно, а с большим интервалом. Причем «солдатик» — механический указатель положения шасси левой опоры — вышел не в своем месте, а рядом, пробив фанерную обшивку крыла. Но на это никто не обратил внимание. Следует учесть, что необходимые параметры полета самолета были зафиксированы бортовыми самописцами, и, судя по всему, перегрузки в том полете не превышали эксплуатационных значений.
Затем в кабину самолета сел С. Н. Анохин. Ему предстояло сделать 12 режимов с перегрузками. Первые два прошли благополучно, но на третьем Сергей Николаевич не включил самописец, и режим пришлось повторить. Позже Марк Лазаревич Галлай так описывал происшедшее: «Начав очередную фигуру, он (Анохин) услышал громкий треск, и в то же мгновение машина рванулась в сторону так резко, что летчика со страшной силой ударило виском о фонарь кабины, а рукой и плечом — об ее жесткий борт.
У самолета отлетело крыло!»
Летчику стоило огромных усилий и самообладания сбросить фонарь и выпрыгнуть с парашютом из беспорядочно падающего к земле самолета. Анохин получил тяжелые ранения и потерял левый глаз…
Испытания Як-3 с мотором ВК-105ПФ2 продолжались до завершения серийного производства машины.
