Nhanh hơn và nhỏ hơn so với Yak-9 nhưng lại cùng trang bị một loại động cơ, Yak-3 là một máy bay nhanh nhẹn trong các trận không chiến hỗn loạn, nó rất dễ điều khiển cho cả phi công mới và phi công kỳ cựu. Sau những trận không chiến đầu tiên, các phi công rút ra kinh nghiệm để đánh máy bay của Đức quốc xã ở độ cao thấp hơn 5.000 m (16.400 ft). Nó có thể bay lộn vòng với Focke-Wulf Fw 190 và nhịp độ quay của nó cao hơn nhiều so với máy bay của Đức; nó bay một vòng tròn hoàn chỉnh trong 18.6 giây. Đa phần những chiếc Yak-3 trang bị kiểu động cơ Klimov M-105 PF-2, gần như là sự phát triển cuối cùng của kiểu động cơ Klimov M-105 nổi tiếng. Hai hạn chế lớn nhất của nó là tầm hoạt động ngắn và các tấm gỗ dán ở thân và cánh máy bay có xu hướng bong ra khi máy bay chịu gia tốc G lớn. Hệ thống ống khí nén để gạt cần hạ cánh, những cánh phụ chỉnh hướng ở mép cánh chính và phanh, điển hình cho mọi máy bay chiến đấu của Yakovlev trong thời gian này, nó cũng ít tin cậy hơn hệ thống thủy lực hay điện, nhưng nó đã được dùng trong các thiết kế của Yakovlev là do khả năng tiết kiệm trọng lượng của hệ thống này. 197 chiếc Yak-3 đầu tiên được trang bị với 1 pháo ShVAK 20 mm và 1 súng máy UBS 12.7 mm, với những thiết kế sau được trang bị thêm một súng UBS thứ 2, sử dụng đạn nổ.