Стандартное вооружение истребителя стало наиболее мощным из всех модификаций «мессершмитта». Помимо 30-миллиметровой пушки МК-108 и вместо пулеметов MG-131, он получил две синхронные 15-миллиметровые пушки MG-151/15 с боекомплектом по 220 снарядов на ствол. Масса секундного залпа трехпушечного вооружения достигла 4,5 кг. Такое повышение огневой мощи диктовалось прежде всего необходимостью борьбы с многомоторными бомбардировщиками союзников. Правда, пушек MG-151 на все «кёниги» не хватало, поэтому часть машин выпускалась с вооружением по типу «густава» — с пушкой МК-108 и двумя пулеметами.
Самолет в очередной раз заметно потяжелел: в серийной модификации Bf 109К-4 его стандартная взлетная масса без систем форсирования и внешних подвесок составляла 3100 кг, а максимальная достигла 3360 кг. Удельная нагрузка на площадь перевалила за отметку 200 кг, что сделало «кёнига» более инертным и менее маневренным в сравнении с ранними модификациями «мессера». Время виража увеличилось до 23—24 секунд, а управление стало довольно «тугим», особенно на больших скоростях. Таким образом, вести бои на горизонталях с советскими истребителями «кёниг» уже не мог.
Bf 109К-4 запустили в серию в октябре 1944-го, и он успел принять участие в заключительных боях как на Западном, так и на Восточном фронтах.
В начале 1944 года в СССР развернулось серийное производство нового авиадвигателя М-107А(ВК-107А), продолжавшего линию развития климовских моторов М-100, М-103 и М-105. Номинальную мощность этого форсированного до предела мотора удалось довести до 1550 л. с. на высоте 1200 м и до 1450 л. с. — на 4000 метров. Но столь резкий прирост мощности — почти на 300л. с. в сравнении с М-105ПФ — достался дорогой ценой. Перенапряженная конструкция ВК-107А работала крайне ненадежно (на испытаниях неоднократно отмечались разрушения подшипников, прорыв газов сквозь уплотнения, падение давления масла, прогар клапанов, тряска на малых оборотах, постоянно сгорали свечи и т. д.), а ресурс был необычайно мал — всего 25 часов.
Несмотря на это, под ВК-107А были разработаны модификации Як-3 и Як-9. Як-3 с новой силовой установкой показал блестящие характеристики, но в серию не пошел, так как решили, что для этого легкого истребителя вполне достаточно мотора ВК-105ПФ-2. Зато Як-9 со «сто седьмым» мотором в апреле 1944-го поставили на поток и выпускали до августа 1945-го, когда ему на смену пришел цельнометаллический Як-9П.
Истребитель, обозначенный Як-9У («улучшенный»), создавался на базе планера Як-9Т, но вооружение состояло из мотор-пушки ШВАК и двух пулеметов УБС.
Полотняную обшивку хвостовой части фюзеляжа, как и на Як-3, заменили фанерной, а для сохранения центровки при более тяжелом моторе (ВК-105ПФ весил 600 кг, а ВК-107А — 765) крыло сдвинули на 10 см вперед. Маслорадиаторы, также по типу Як-3, «перекочевали» в крыло, антенна радиостанции стала безмачтовой.
На испытаниях самолет показал у земли скорость 600 км/ч, а на высоте 5600 м — 700 км/ч. Великолепные данные, но дело в том, что они были достигнуты на так называемом боевом режиме работы мотора (с числом оборотов 3200 в минуту). А на серийных экземплярах этим режимом пользоваться запрещалось, поскольку он приводил к быстрому перегреву двигателя, сокращая и без того крайне низкий рабочий ресурс. На номинальном режиме (3000 оборотов в минуту) скорость у земли равнялась 575 км/ч, а на высоте 5000 м — 672 км/ч. Такие показатели все равно можно считать выдающимися; они превосходили скоростные данные поздних модификаций «мессершмитта», полученные без применения системы водно-метанольного форсирования.
В заключении НИИ ВВС по госиспытаниям отмечалось, что Як-9У с мотором ВК-107А по основным летно-тактическим данным в диапазоне высот от земли до 6000 метров является лучшим из известных отечественных и иностранных истребителей. Однако далее в том же отчете записано, что «большое количество дефектов, особенно по винто-моторной группе, не позволяет нормальную эксплуатацию самолета на всем диапазоне высот». Контрольные испытания, проводившиеся в НИИ ВВС в феврале 1945 года, Як-9У не выдержал из-за низкой надежности мотоустановки.
Тем не менее самолеты с дефективными двигателями уже выпускались серийно и поступали в строевые части, где многие из них простаивали из-за неисправностей. Подавляющее большинство этих машин так и осталось на тыловых аэродромах. В 1944 году на Як-9У воевал всего один (163-й) истребительный авиаполк, получивший в октябре 42 таких самолета.
Одним словом, истребитель Як-9У, несмотря на свои прекрасные летные характеристики, не сыграл заметной роли в войне, и произошло это в первую очередь из-за недоведенного, «капризного» и недолговечного мотора. Впрочем, тогда это было уже не очень важно, ведь по состоянию на 1 января 1945 года советская авиация обладала численным превосходством над противником в 9,3 раза!