Подобно Як-7 и Як-9, истребитель имел высотную модификацию, предназначенную для действий в системе ПВО. В сентябре 1944 г. и в феврале 1945 г. последовательно были построены два опытных самолета с моторами ВК-105ПД и ВК-105ПВ. Моторы имели полностью идентичную конструкцию, но последний отличался некоторыми усовершенствованиями двухскоростного двухступенчатого нагнетателя. Самолеты, называвшиеся Як-3ПД, были подобны и отличались от серийных Як-3 крылом увеличенного на 0.6 м размаха, вооружением (одна центральная пушка НС-23 калибра 23 мм с боезапасом 60 снарядов), винтом (ВИШ-105ТЛ-2), некоторыми деталями оборудования, положением всасывающего патрубка, который разместили под фюзеляжем, и увеличенными каналами маслорадиаторов.
Испытания и доводки Як-3ПД продолжались в Летно-исследовательском институте до середины лета 1945 г., когда, наконец, силовая установка была полностью отлажена. Самолет обладал хорошими скоростными и маневренными характеристиками на больших высотах. Однако в середине 1945 г. подобные истребители уже не вызывали у ВВС интереса, и Як-3ПД остался только в двух опытных экземплярах.
Когда в начале 1943 г. неудача постигла опытный Як-3 с М-107А (с 1944 г. ВК-107А), конструкторы фирмы «Як» не оставили надежду на возможность довести самолет до боеспособного состояния и продолжали работу. Параллельно в КБ В.Я.Климова проводились усовершенствования мотора. Испытания самолета шли долго и трудно. Обнаруживался то один, то другой дефект. Некоторые из них удавалось исправить на опытной машине, а в полном объеме их постарались устранить на втором экземпляре самолета, появившегося спустя год, в январе 1944 г.
На этой машине для улучшения центровки кабину летчика сдвинули назад на 0.4 м. Модернизирован был фонарь кабины и усовершенствована система охлаждения. Вооружение состояло из двух синхронных пушек Б-2 °C. Это были самые первые, еще «сырые», опытные экземпляры, которые впервые испытывались на самолете.
После краткосрочных заводских испытаний истребитель в январе 1944 г. передали в НИИ ВВС. Летные характеристики Як-3 с ВК-107А оказались превосходными. По скорости, скороподъемности и вертикальной маневренности ему не было равных. Например, набор высоты за боевой разворот составлял 1500 м, что на 400 м превышало тот же показатель Bf 109G и было почти вдвое лучше, чем у FW 190А-4. Истребитель остался простым в пилотировании, а его штопорные свойства ничуть не ухудшились. Правда, из-за возросшего веса этому самолету требовались аэродромы несколько больших размеров, чем для Як-3 с ВК-105ПФ2.
Военные сочли Як-3 с ВК-107А лучшим из известных истребителей, но рекомендовать его в серию и на вооружение ВВС, тем не менее, отказались. И тому были веские причины.
Во время испытаний в НИИ ВВС мотор ВК-107А работал ненадежно и часто выходил из строя, нуждались в дальнейшем улучшении системы охлаждения воды и масла. Из-за малого противокапотажного угла сильно усложнялась эксплуатация самолета. В этом отношении истребители «Як» и так были не вполне благополучны: из-за опасности скапотировать исключалось интенсивное торможение на пробеге, а при пробе мотора на земле и рулении по вязкому грунту на хвост самолета приходилось сажать человека. Нетрудно представить себе, насколько обострились эти проблемы на самолете со столь мощным мотором как ВК-107А. Но главный и наиболее опасный дефект новой машины заключался в недостаточной прочности конструкции, причем не только крыла, но также фюзеляжа и оперения. Словом, Як-3 оказался не вполне приспособленным к установке такого мощного и тяжелого мотора, как ВК-107А. Требовалась существенная переделка конструкции истребителя.