Из полков внутренних округов, успевших получить Як-1, раньше всех к боевым действиям приступил 11-й ИАП. Эта часть, входившая в 6-й ИАК ПВО и полностью укомплектованная истребителями Яковлева, провела первый бой 2 июля, когда лейтенант С.С. Гошко в окрестностях Москвы сбил таранным ударом одиночный разведчик Не 111. Наиболее результативным пилотом этой части стал капитан К.Н. Титенков, совершивший за 2,5 месяца 172 боевых вылета и сбивший три самолета лично и три – в группе.
Люфтваффе довольно давно – с лета 1940 г. – и небезуспешно использовали соответствующим образом модифицированные Bf 109Е в качестве истребителей- бомбардировщиков. В таком варианте «сто девятый» мог поднимать довольно солидную бомбовую нагрузку – одну 250-кг или четыре 50-кг бомбы. Выше мы уже упоминали о наличии в составе 2-го воздушного флота штурмовой группы, вооруженной Bf 109Е, и об успешном применении истребителей для ударов по советским аэродромам. Как же обстояли дела с применением для ударных целей самолетов Як-1? Изначально этот самолет не имел бомбового вооружения. Попытки же использовать его для штурмовки наземных целей огнем бортового оружия успехом не увенчались – попадания осколков снарядов и пуль в систему охлаждения моторов сразу выводили их из строя, и летчикам приходилось выходить из боя и совершать вынужденные посадки. После потери двух самолетов 71-го ИАП ВВС КБФ был сделан вывод о нецелесообразности применения истребителей с моторами жидкостного охлаждения для штурмовок – на эти задачи старались направлять И-16 и И-153 с более устойчивыми к боевым повреждениям моторами воздушного охлаждения. Вот только на Bf 109 стоял именно двигатель жидкостного охлаждения. Вероятно, проблема была не в самолете, а в уровне подготовки летчиков одной воюющей стороны и зенитчиков – другой… Тем не менее в условиях, когда враг вплотную подошел к Москве, Як-1 вновь пришлось использовать в качестве штурмовиков – так, 7 декабря 1941 г. летчики вооруженного этими самолетами 172-го ИАП совместно с авиаторами других частей штурмовали немецкие части в 15 км восточнее Солнечногорска, продолжая действовать по наземным целям и в последующие дни. Не в последнюю очередь благодаря ударам авиации удалось приостановить продвижение противника по шоссе Клин – Волоколамск.
Битва под Москвой стала первой операцией, в которой достаточно широко применялись истребители Яковлева. В частности, в составе ВВС Калининского фронта на них воевали 163, 237, 518 и 521-й ИАП, Западного фронта – 20, 66, 188 и 236-й ИАП; также здесь действовали 211-й и 484-й ИАП из состава резерва Верховного Главнокомандования. Однако следует учитывать, что реальная численность этих частей была далека от довоенных штатов. Уже с августа 1941 г. истребительные авиаполки – как вновь формируемые, так и переформируемые – комплектовались по 20-самолетным штатам, т.е. были втрое меньше довоенных. На фронте же такой полк очень быстро «таял». В итоге к исходу советского контрнаступления под Москвой в четырех упомянутых полках Калининского фронта имелось лишь 14 исправных Як-1.