Попытка оказалась неудачной: в период с 23 января по 13 марта 1942 года было произведено всего 17 полетов, сопровождавшихся частыми отказами недоработанных двигателей, масляной и топливной систем. Кроме того, конструкция самолета не позволяла установить винт оптимального диаметра 3,2 метра, при взлете «цеплявшего землю», а при применении винта меньшего размера значительно снижалась эффективность более мощного мотора. В результате полученные данные незначительно отличались от характеристик серийной машины, и уже в марте работу над Як-7М-82 прекратили.
В мае 1942 года на базе Як-7Б с новым крылом, в котором использовались лонжероны из дюралюминия, был построен опытный самолет, которому отводилась роль дальнего разведчика с возможностью включения в экипаж наблюдателя (или перевозки пассажира) либо установки вместо второго сиденья авиационного фотоаппарата. На самолете было установлено 11 бензобаков общей емкостью 925 л (690 кг), что дало возможность увеличить дальность полета до 2285 км (при этом самолет находился в воздухе около 6,5 часа). Вооружен разведчик был одно пушкой ШВАК.
Самолет Як-7Д остался в единственном экземпляре, но ряд заложенных в нем конструкторских идей был использован в следующей модификации дальнего истребителя: Як-7ДИ. Созданный на базе Як-7Б самолет принимал 673 л (500 кг) топлива, нес мотор-пушку ШВАК и один пулемет БС. При этом даже при неполной заправке он при летных данных, сопоставимых с Як-7Б, имел большую дальность и продолжительность полета, а при минимальной заправке 320 кг, сравнимой с запасом топлива Як-7Б, выделялся среди всех уже серийно выпускавшихся истребителей. По итогам завершившихся в начале августа 1942 года государственных испытаний самолет был рекомендован к выпуску, получив в серии наименование Як-9.
Як-9 стал самым многочисленным типом истребителя ВВС РККА. Всего в течение периода выпуска – с октября 1942 по декабрь 1948 года – было построено более 16,7 тысячи самолетов, из которых свыше 15 тысяч получили боевые полки в годы войны.
Было разработано 22 основных модификации истребителя, из которых серийно выпускалось 15, различавшихся в числе прочего и предназначением: фронтовой истребитель с различными вариантами вооружения, дальний истребитель сопровождения, истребитель-бомбардировщик, разведчик, высотный перехватчик и даже двухместный курьерский самолет. На Як-9 устанавливались пять типов двигателей (новых или модифицированных), применялось шесть вариантов установки топливных баков, в семи различных комбинациях устанавливалось бортовое вооружение.
Первый в линейке – истребитель Як-9 – был запущен в серию как легкая, маневренная скоростная боевая машина. Поскольку вопрос о действиях на большом удалении от линии фронта не стоял, самолет имел по два бака в каждом крыле, вмещавших в сумме 320 кг авиабензина топлива. В состав вооружения входила пушка ШВАК и один 12,7-мм пулемет УБС. Благодаря применению дюраля, в частности в конструкции крыла, самолет при этом стал существенно легче своего предшественника Як-7Б.
В то же время освоение новой машины производством проходило достаточно медленно и осложнялось значительным процентом брака, достаточно, впрочем, типичным с учетом невысокой культуры производства на советских промышленных предприятиях, что дополнительно усугублялось привлечением неквалифицированной рабочей силы. Хотя, как правило, рабочие авиапрома имели бронь от фронта, все же рабочих рук не хватало и к станкам нередко становились подростки. А в начале июня 1943 года произошел инцидент, который мог иметь серьезные последствия: накануне готовившегося сражения под Курском значительная часть находящихся в боевых частях истребителей, выпущенных омским заводом № 166, оказалась фактически небоеспособной. На значительном числе самолетов были зафиксированы случаи срыва в полете обшивки плоскостей, что привело к ряду аварий. Причиной стало низкое качество компонентов нитрокраски советского производства, примененных взамен отсутствующих импортных. Этот случай привел к крайне неприятному разговору со Сталиным самого Яковлева и заместителя наркома авиапромышленности П. Дементьева.
Тем не менее Як-9 постепенно завоевывал свое место в строевых частях, позволяя, по отзывам летчиков, более уверенно противостоять истребителям люфтваффе. Тем не менее говорить о превосходстве над немецкими истребителями новых типов было преждевременно. Одной из попыток улучшить характеристики истребителя стала установка двигателя М-106, на который Яковлев продолжал возлагать надежды. Однако устранить дефекты двигателя – в том числе сильную вибрацию, выброс масла, детонацию, дымление, повышенный износ свечей – так и не удалось. В 1943 году производство мотора М-106 было полностью прекращено, а дальнейшее совершенствование самолета было ориентировано на двигатель М-105ПФ.