Việc thiết kế chế tạo Yak-3 được xem xét trở lại vào năm 1941, khi chiếc máy bay nguyên mẫu I-30 được đưa ra cùng với I-26 như một thiết kế thay thế cho chiếc Yak-1. I-30 có một động cơ Klimov M-105P, được chế tạo hoàn toàn bằng kim loại, sử dụng một cánh với góc nhị diện ở những cạnh phía ngoài. Cũng như bản thiết kế ban đầu của Yak-1, nó có một pháo ShVAK 20 mm ở trục quay cánh quạt và 2 khẩu súng máy ShKAS 7.62 mm ở mũi, nhưng nó cũng có thể được thay thế bằng pháo ShVAK ở mỗi cánh. Đầu tiên 2 mẫu thử nghiệm có cánh được cấu tạo từ những tấm gỗ mỏng để nâng cao quá trình đặc điểm điều khiển và hoạt động trong chiến trường nhỏ hẹp, trong khi mẫu thứ 2 có một cánh làm bằng gỗ không có những thanh gỗ mỏng, để đơn giản hóa sự sản xuất. Mẫu thứ 2 đã gặp tai nạn trong thời gian thử nghiệm bay và bị xóa bỏ. Dù có những kế hoạch để đưa Yak-3 vào sản xuất, nhưng sự khan hiếm của nhôm và sức ép xâm lược của Đức quốc xã đã dẫn tới việc hủy bỏ những công việc liên quan đến chiếc Yak-3 vào cuối năm 1941.

Vào năm 1943, Yakovlev đã thiết kế ra Yak-1M, là một phiên bản nhỏ và nhanh hơn của Yak-1. Mẫu thử nghiệm thứ hai của Yak-1M đã được chế tạo vào năm sau đó, khác với chiếc đầu tiên là nó sử dụng gỗ dán để bao bọc ở phần phía sau của thân máy bay, nó không có cột anten radio, gương phản xạ, nâng cấp lớp giáp và hệ thống làm mát động cơ. Phi công lái thử nghiệm chính cho dự án là Piotr Mikhailovich Stefanovskiy đã có dấu ấn với loại máy bay mới, và ông ta đã khuyến cáo rằng nó cần thay thế hoàn toàn cho Yak-1 và Yak-7, chỉ Yak-9 là có thể giữ lại sản xuất cho công việc tương lai với động cơ Klimov VK-107. Máy bay chiến đấu mới, có tên gọi chính thức là Yak-3 bắt đầu hoạt động vào năm 1944, so với Yak-9 nó có số lượng sản xuất thấp hơn. Tổng cộng có 4.848 chiếc đã được chế tạo.

Tên gọi Yak-3 cũng được sử dụng cho một dự án khác của Yakovlev - một kế hoạch nhưng nó không bao giờ được xây dựng, đó là máy bay chiến đấu hạng nặng 2 động cơ và Yakovlev Yak-7A.