Выпуск истребителя Як-7 был начат уже в августе 1941 года. Параллельно в конструкцию вносились изменения, касавшиеся как самолетных систем, так и аэродинамических свойств, в том числе: убирающимся сделано хвостовое колесо, установлены дополнительные щитки, закрывающие ниши основного шасси в убранном положении; фонарь задней кабины заменен откидывающимся фанерным колпаком, изменена конструкция газоотводных труб пулеметов, установлено управление форсажом двигателя; установлена система заполнения бензобаков нейтральным газом и ряд других доработок.
В период с января по май 1942 года было построено 277 усовершенствованных истребителей Як-7А. С апреля по июль выпускалась также модификация Як-7Б с улучшенной аэродинамикой и 12,7-мм пулеметами УБС. Еще одним новшеством стала установка дополнительного 80-л бака на месте задней кабины. Впрочем, к наличию не имеющего защиты бака с горючим у себя за спиной летчики отнеслись крайне отрицательно, и еще до того, как было отдано соответствующее официальное указание, в частях его массово демонтировали.
Совершенствование Як-7 во многом осуществлялось аналогично Як-1, а местами и предшествовало ему. Так, помимо замены пулеметов ШКАС на пару БС, в результате чего вес секундного залпа достиг внушительной величины 2,72 кг, в середине 1942 года самолет получил более мощный мотор МП-105ПФ, а впоследствии и новый каплевидный фонарь.
В то же время Як-7 оказался не лишен множества недостатков. Из-за смещения центра тяжести самолет был склонен к капотированию при пробеге, кроме того, не были устранены и изначально характерные для Яков дефекты – такие как забрызгивание козырька фонаря маслом или неудовлетворительная работа систем охлаждения воды и масла, ограничивающие возможность эксплуатации двигателя на максимальной мощности. Тем не менее выпуск Як-7Б М-105ПФ продолжался с мая 1942 года и по июль 1944 года, составив 5120 машин.
В целом же было создано 18 основных модификаций, связанных с изменениями конструкции планера, силовой установки, состава вооружения и оборудования, из которых 10 выпускались в серии.
Одна из серийных модификаций, в небольших количествах строившаяся для нужд ПВО, оснащалась радиополукомпасом и прожектором на левом крыле.
Около 350 Як-7Б М-105ПФ были оснащены кронштейнами для установки в задней кабине авиационных фотоаппаратов (кроме того, в полу кабины прорезалось «окно»), предполагая возможность использования в качестве разведчиков.
В соответствии с уже упоминавшимся приказом Наркомата авиационной промышленности № 438 в конце 1941 года был построен и истребитель с двигателем воздушного охлаждения М-82. Вооружение самолета состояло из двух пушек ШВАК, причем имевших непривычное для советских истребителей расположение – в крыльях – и синхронного пулемета БС.