Высокий гаргрот закрывал обзор, из-за чего пилотам «мессершмиттов» было гораздо сложнее обнаружить врага, напавшего сзади, чем их противникам. Это давало советским летчикам, не забывавшим в полете «крутить головой», определенное преимущество.
Вооружение Як-1Б состояло из мотор-пушки и одного синхронного крупнокалиберного пулемета УБС с боекомплектом 200 патронов (с марта 1943 г. — 240 патронов). Масса секундного залпа — 1,92 кг.
Производство Як-1 Б началось в сентябре 1942-го, а с октября все Як-1 строились только в этой модификации. Общий итог серийного выпуска составил 4188 экземпляров.
Финальной вехой развития конструкции Як-1 стал Як-1М, появившийся в середине 1943 года и при запуске в серию переименованный в Як-3. Основные отличия от предыдущих модификаций: применены металлические лонжероны и нервюры крыла вместо деревянных, что дало ощутимую экономию в весе. Само крыло уменьшено по размаху и площади, также слегка уменьшены стабилизатор и киль. Вместо одного маслорадиатора, размещенного под двигателем, установлены два меньших размеров, перенесенные в корневую часть крыла. Полотняная обшивка хвостовой части фюзеляжа заменена фанерной. Более плавными и сглаженными стали очертания фонаря кабины. Взлетная масса машины понизилась до 2690 кг.
Двигатель М-105ПФ-2 (в дальнейшем — ВК-105ПФ-2, так как с 1944 года двигателям в СССР присвоили новые обозначения по инициалам их разработчиков: ВК — Владимир Климов), форсированный по наддуву до 1250 л. с. на высоте 2000 метров. Вооружение состояло из мотор-пушки ШВАК и одного (на первых 197 экземплярах), а затем — двух синхронных крупнокалиберных пулеметов УБС.
Самолет выпускался крупными сериями с марта 1944 г. Всего построено 4200 машин, но часть из них — уже после окончания войны.
Благодаря снижению взлетной массы, улучшению аэродинамики и повышению мощности двигателя Як-3 обладал наивысшими летными данными из всех истребителей Яковлева, принимавших активное участие в Великой Отечественной войне. Его удельная нагрузка на мощность составляла 2,12 кг/л. с. (как у Bf 109F-4), максимальная скорость достигла 644 км/ч на высоте 4000 м, скороподъемность у земли — 22 м/с, а минимальное время виража — 21 с. Эти цифры, безусловно, можно считать выдающимися. По своим летным данным Як-3 превосходил поздние модификации «мессершмитта», за исключением скорости на больших высотах.
Параллельно с Як-1 развивался и Як-7. Летом 1942 года появилась очередная модификация Як-7ДИ («дальний истребитель») с увеличенным запасом топлива и масла. Чтобы освободить место для размещения в крыле двух дополнительных бензобаков, массивные деревянные лонжероны и нервюры заменили на дюралевые. Между тем обшивка крыла осталась фанерной, а законцовки — деревянными. С целью облегчения машины вооружение уменьшили на одну огневую точку, оставив мотор-пушку и один (левый) пулемет УБС. Фюзеляж имел пониженный гаргрот и каплевидный фонарь по типу Як-1 Б. Самолет посчитали удачным, и в конце того же года запустили в серию под индексом Як-9, но не с четырьмя, а с двумя крыльевыми баками. В марте 1943-го началось производство и «четырехбакового» Як-9 под индексом Як-9Д («дальний»). Як-9 и Як-9Д выпускались одновременно в больших количествах с марта 1943 по июнь 1945 г.
Еще одной распространенной модификацией Як-9 стал Як-9Т («танковый»), также выпускавшийся с марта 1943-го по июнь 1945 года. На нем вместо мотор-пушки ШВАК установили 37-миллиметровую пушку НС-37. Боекомплект этого орудия составлял всего 30 снарядов, стрельба длинными очередями была невозможна из-за сильной отдачи, зато при удачном попадании одного снаряда порой было достаточно для уничтожения вражеского самолета. Масса секундного залпа «танкового яка» достигла 3,74 кг. Масса машины увеличилась почти на 150 кг по сравнению с обычным Як-9, но летные характеристики понизились незначительно. С целью сохранения центровки кабину пилота сдвинули назад на 40 см.
Такое же расположение кабины отличало модификацию Як-9М («модифицированный»). По вооружению и запасу топлива этот самолет был аналогичен Як-9Д. На нем усилили конструкцию крыла и внедрили ряд усовершенствований, в частности, механизм аварийного сброса фонаря кабины, пневмомеханический механизм перезарядки пушки, автомат регулировки температуры воды АРТ-41, противопыльныи фильтр на всасывающем патрубке карбюратора и т. д. От всего этого взлетная масса возросла до 3095 кг, а двигатель остался прежним — ВК-105ПФ. В результате летные данные ухудшились по сравнению с Як-9Д, Як-9Т и даже с Як-9 образца 1942 года. Тем не менее в мае 1944-го самолет запустили в массовое производство и выпускали вплоть до июля 1945 г.
Все самолеты Як-3 и Як-9 оснащались приемопередающими радиостанциями. Таким образом, по степени радиофикации советские истребители к 1944 году наконец-то догнали Люфтваффе, хотя германские радиостанции вплоть до конца войны оставались более надежными и обладали более широким диапазоном настроек.
В 1943 году советским авиастроителям пришлось пойти еще на одну, на этот раз вынужденную меру. Вместо коллиматорных прицелов ПБП-1 образца 1939 года, низкое качество которых отмечалось многими пилотами с самого начала войны, на истребители начали устанавливать примитивные кольцевые прицелы ВВ-1 («воздушный визир»), представлявшие собой проволочную рамку с перекрестьем, укрепленную над приборной доской, и мушку на капоте. Подобными устройствами пользовались авиаторы в Первую мировую войну, однако уже тогда их начали вытеснять оптические прицелы.
Отказ от коллиматора объясняли высокой сложностью и дороговизной ПБП-1, а также невозможностью обеспечить приемлемое качество в условиях непрерывного наращивания массового производства самолетов. И хотя коллиматорный прицел в принципе гораздо удобнее рамочного (во время прицеливания не нужно точно совмещать линию взгляда с линией огня, а подсвеченная прицельная сетка и цель видны одинаково резко), летчики, измученные разглядыванием тусклых, едва заметных отметок на визирном стекле ПБП-1, восприняли переход к ВВ-1 положительно. Тем временем пилоты Люфтваффе пользовались удобными коллиматорными прицелами Revi с хорошей оптикой, значительно облегчавшими их боевую работу.
Пока ОКБ Яковлева трудилось над улучшением своих истребителей, немцы тоже не сидели сложа руки. В конце 1941 года на Bf 109 установили новый мотор DB-605A. Увеличение рабочего объема, повышение степени сжатия и числа оборотов этого мотора позволили достичь мощности 1450 л. с. на номинальном режиме. Первая модификация «мессершмитта» с такой силовой установкой получила обозначение Bf 109G-1 (прозвище «густав»). Она имела гермокабину, которая на Восточном фронте оказалась ненужной, так как воздушные бои здесь шли на высотах не более 6000 метров. Поэтому в Россию летом 1942 года попала вторая модификация Bf 109G-2 без герметичной кабины.
Внешне самолет был почти точной копией Bf 109F-4, отличаясь лишь слегка увеличенным обтекателем маслорадиатора под капотом. Столь же идентичным было и вооружение — мотор-пушка MG-151/20 и два синхронных пулемета MG-17 с возможностью подвески под крыльями двух дополнительных пушечных контейнеров. Однако летные характеристики заметно повысились в сравнении с предыдущей моделью. Взлетная масса машины составляла 2935 кг, а удельная нагрузка на мощность достигла рекордно низкого значения — 2,02 кг/л. с. Соответственно максимальная скорость возросла до 665 км/ч, а скороподъемность — до 23 м/с на высоте 2000 м.
Полный вираж самолет выполнял примерно за 21 — 22 секунды, однако выпуск закрылков позволял сэкономить еще 1 —2 секунды, благодаря чему Bf 109G под управлением опытного летчика не уступал истребителям Яковлева в горизонтальной маневренности. На советских истребителях закрылки отсутствовали, а посадочные щитки для боевого маневрирования практически не использовались. К тому же, начиная с модификации Як-7А, щитки на «яках» имели только два фиксированных положения — «нулевое» и «посадочное» (отклонение на 55 град.), причем взлет выполнялся с закрытыми щитками.
Появление на советско-германском фронте в конце лета 1942 года Bf 109G-2 снова увеличило разрыв между «мессершмиттами» и «яками» по основным летно-техническим характеристикам, что не могло не сказаться на итогах воздушных боев.
В. А. Алексеенко в своей работе «Советские ВВС накануне и в годы Великой Отечественной войны» процитировал документы фонда НИИ ВВС Центрального архива Министерства обороны РФ, относящиеся к осенне-зимнему периоду 1942—1943 годов: «Истребители противника располагали большим преимуществом в выборе наивыгоднейшей позиции для атаки, они меньшей группой сковывали численно превосходящую группу наших истребителей». И далее: «Летный состав строевых частей, вооруженных истребителями Як-1 и
