На заводских испытаниях облегченный прототип развил скорость 575 км/ч на высоте 4600 метров. При этом по итогам испытательных полетов отмечалось, что истребитель, несмотря на имеющиеся дефекты, имеет хорошие пилотажные данные. Возможно, именно опыт конструирования легких тренировочных самолетов позволил Яковлеву создать простую в управлении, доступную для освоения летчику средней квалификации машину. Кроме того, как показали дальнейшие события, самолет мог быть легко освоен промышленностью даже при отсутствии высококвалифицированных кадров – достаточно сказать, что один из заводов, на которых был начат серийный выпуск истребителей Яковлева – саратовский авиазавод № 292 – еще в 1937 году носил наименование «Саркомбайн», а другой – завод № 301, – являлся ранее мебельной фабрикой Наркомлеса.
Получивший в серийном выпуске наименование Як-1 на первом этапе не расценивался как основная боевая машина истребительной авиации РККА. На 22 июня 1941 года в составе советских ВВС числилось всего 235 Яков, в том числе чуть больше сотни в Западных округах, но уже к середине 1942 года доля Яков в составе фронтовой авиации стала преобладающей. Хотя Як-1 еще не избавился от «детских болезней», уже в процессе выпуска шла упорная работа по устранению дефектов и улучшению параметров самолета.
За время выпуска самолет претерпел ряд модернизаций, в том числе изменивших облик машины – в частности, был убран высокий гаргрот за кабиной летчика, затруднявший обзор назад-вверх на машинах первых серий, а фонарь кабины принял каплевидную форму. Кроме того, был предпринят ряд мероприятий по совершенствованию систем охлаждения и улучшению аэродинамических характеристик, в том числе герметизация и изменение профиля туннелей масло– и водорадиаторов, формы патрубков, герметизация фюзеляжа и куполов шасси, при этом убирающейся стала и хвостовая опора. Одновременно были рассмотрены все возможные способы снижения массы самолета, включавшие в себя как совершенствование конструкции – в частности замена деревянного оперения металлическим, так и сокращение состава бортового оборудования, в том числе снятие одного из двух баллонов сжатого воздуха, масляного фильтра грубой очистки, одного из двух бензиномеров, протекторов бензобаков.
Все эти меры уже позволили получить существенную прибавку скорости до 35–38 км/ч. Кроме того, вместо 1050-сильного мотора М-105 был установлен форсированный М-105ПФ мощностью 1180 л.с. Изменилось и вооружение – вместо изначально устанавливавшихся в комплекте с мотор-пушкой ШВАК двух пулеметов ШКАС винтовочного калибра теперь в состав вооружения входил 12,7-мм пулемет БС. Кроме того, более тысячи серийных самолетов было оснащено пусковыми установками РС-82.