В мае 1944 года начался выпуск самой многочисленной модификации «девятки» – Як-9М, имевшего унифицированную конструкцию на основе к Як-9Д, но со сдвинутой назад по типу Як-9Т кабиной. Важным фактором стало укрепление обшивки плоскостей, что оставалось «узким местом» в производстве Яков. Был осуществлен ряд иных изменений, в том числе установлен аварийный сброс фонаря кабины, автомат регулирования температуры воды, кнопочное управление рацией, фильтр с пылеулавливателем, пневматическая система перезарядки пушки заменена пневмомеханической и др.
С октября 1944 года вместо двигателя ВК-105ПФ (с 1943 года мотор М-105 получил название ВК по имени конструктора В. Климова) мощностью 1180 л.с. устанавливался ВК-105ПФ2 (1240 л.с.).
С мая 1944 года по июнь 1945 года было выпущено 4239 Як-9М. Часть самолетов специально оборудовались для нужд ПВО. Их отличие состояло в основном в изменении состава навигационного и радиооборудования: в частности, на этих машинах устанавливались вариометр[15], радиополукомпас, новая радиостанция с ответчиком «свой – чужой».
Кроме того, Як-9М ПВО стал легче: был уменьшен на 45 л запас топлива и на 15 кг масла, также были сняты бронестекла.
Сохранившееся в фюзеляже за кабиной летчика пространство позволило создать в марте 1944 года истребитель-бомбардировщик Як-9Б, выпущенный в количестве около 100 машин. В импровизированном бомбоотсеке за спиной летчика устанавливались четыре бомбоносителя, в которых могли размещаться четыре бомбы ФАБ-100 или четыре кассеты с противотанковыми 1,5-килограммовыми авиабомбами ПТАБ (32 бомбы в каждой кассете).
В ноябре 1943 года была создана последняя из «девяток» – Як-9У.
Эта модификация имела ряд существенных отличий от предыдущих, сказавшихся и на изменении внешнего облика машины. Так, изменилась форма носовой части вследствие того, что воздухозаборники маслорадиаторов переместились в носок крыла, соответственно изменилась и форма самого крыла. Сместились назад также водяные радиаторы. Кроме этого, обшивка фюзеляжа вместо полотняной стала фанерной, появились заднее и переднее бронестекла и бронеподлокотник, защищающий левую руку, которой летчик управлял сектором газа. Улучшилось протектирование топливных баков.
Опытный образец был оснащен двигателем ВК-105ПФ, в состав вооружения входила 23-мм мотор-пушка ВЯ-23 и два пулемета УБС. В серии на самолет установили пушку ШВАК, а в качестве силовой установки был выбран новый высотный 1500-сильный двигатель ВК-107А с новым воздушным винтом.
Благодаря мощному двигателю и оптимизации конструкции максимальная скорость истребителя возросла до 670 км/ч на высоте 5000 м, а скороподъемность равнялась 1000 м/мин.