В феврале 1943 года был построен облегченный вариант истребителя, предварительно получившего обозначение Як-1М(«москит»). Одним из наиболее кардинальных отличий стало крыло уменьшенной площади с дюралевыми лонжеронами и дюралевыми нервюрами. Кроме того, на самолете был применен ряд новшеств, позже использованных в конструкции Як-9У: таких как фанерная обшивка крыла и хвостовой части или воздухозаборник маслорадиатора, перенесенный из-под капота двигателя в корневую часть крыла.
Кроме этого, изменилась топливная система самолета, которая в конечном варианте теперь включала два крыльевых топливных бака общей вместимостью 265 литров и разделительный 10-литровый бак в фюзеляже. К числу отличительных особенностей также относились монолитное лобовое стекло фонаря без переплета и безмачтовая антенна радиостанции.
Благодаря проведенному комплексу мер вес самолета снизился по сравнению с Як-1 более чем на 300 кг. Форсированный двигатель М-105ПФ2 позволял развивать скорость до 570 км/ч у земли и 650 км/ч на высоте 4300 м. Самолет отличался при этом высокой маневренностью и легкостью в управлении.
В октябре 1943 года было принято решение о начале серийного выпуска нового истребителя под наименованием Як-3.
Однако подготовка к массовому производству потребовала определенного времени, на саратовском заводе № 292 оно было начато только в марте, а на заводе № 31 в Тбилиси в апреле 1944 года.
Новый яковлевский истребитель также не был лишен достаточно многочисленных недостатков. Так, слабыми оказались стойки шасси, боевая эксплуатация показала недостаточный запас прочности крепления обшивки крыльев. Применение в системах (уборки шасси, привода тормозов и т. п.) самолета пневматики вместо гидравлики позволяло выиграть десятки килограмм веса, но при этом снижало надежность и усложняло обслуживание. С целью предельного снижения веса на Як-3 был до минимума сокращен комплект бортового оборудования, позволивший вести бой только днем в простых метеоусловиях. Хотя представителями ВВС выдвигалось требование двухстороннюю радиосвязь, однако необходимого количества радиостанций промышленность не обеспечивала, и на части самолетов в начале выпуска устанавливался только радиоприемник. Кроме того, отсутствие мачты антенны снижало дальность радиосвязи. Снижен был вес защиты – в частности, самолет не имел лобового бронестекла.
Часть этих недостатков в процессе выпуска удавалось устранить – в частности, усилить состав вооружения – если на первых 197 самолетах устанавливался, кроме пушки ШВАК, один пулемет УБС, в дальнейшем число пулеметов увеличили до двух.