Осенью того же года появилась его модификация, получившая обозначение Як-7 – одноместный вариант двухместного учебно-тренировочного истребителя УТИ-26. По массогабаритным характеристикам, оборудованию и вооружению Як-7 был аналогичен Як-1, однако на нем первоначально стоял двигатель М-105ПА, у которого для улучшения температурного режима число оборотов было понижено за счет изменения редукции с 2700 до 2350 об./мин. Из-за этого скороподъемность машины заметно ухудшилась, хотя остальные характеристики остались без изменений. По скороподъемности Як-7 образца 1941 года оказался даже хуже, чем пулеметные модификации И-16.
В феврале 1942 года началось серийное производство модификации Як-7А (построено 277 самолетов), отличавшейся наличием радиостанции РСИ-4 «Малютка» с повышенной помехозащищенностью и рядом мелких улучшений в конструкции планера. ЛТХ самолета практически не изменились.
В апреле Як-7А сменил Як-7Б (он же «эталон 1942 г.», выпущен 261 самолет) с усиленным вооружением. Вместо пулеметов ШКАС на нем установили два синхронных крупнокалиберных пулемета УБС с общим боекомплектом 400 патронов (260 – на левый пулемет и 140 – на правый). Масса секундного залпа достигла 2,72 кг. Кроме того, на самолете вновь повысили до 2700 обороты мотора, установили более удобную ручку управления под одну руку «по типу» Ме-109 вместо прежней кольцевой рукоятки (в дальнейшем такую ручку начали ставить и на других советских истребителях), ввели уборку хвостового колеса шасси и провели ряд других усовершенствований в аэродинамике. Несмотря на увеличение взлетной массы, перевалившей за три тонны, летные данные остались на прежнем уровне.
Некоторому улучшению характеристик истребителей Яковлева способствовало появление форсированного мотора М-105ПФ. За счет снижения высотности номинальная мощность этого мотора, замеренная на высоте 700 м, увеличилась до 1260 л.с., а на высоте 3000 м – до 1180 л.с. С июня 1942 г. такие моторы начали устанавливать на Як-1 и Як-7. Удельная нагрузка на мощность немного понизилась, а скорость горизонтального полета – возросла, в целом сравнявшись со значениями этого показателя у Bf 109F-2. Но по скороподъемности «яки» все еще отставали от «прошлогодней» модификации «худого».
Между тем в начале 1942 года на советско-германский фронт начали поступать новые версии «мессершмитта» – Bf 109F-3 и Bf 109F-4. На них стоял двигатель DB-601Е мощностью 1350 л.с. Различие между F-3 и F-4 заключалось лишь в калибре мотор-пушки: на F-3 монтировали MG-151 15миллиметрового калибра, а на F-4 – то же орудие, но с 20-миллиметровым стволом. Взлетная масса F-4 выросла до 2860 кг, однако за счет увеличения мощности двигателя энерговооруженность повысилась до 2,12 кг/л.с. Соответственно, увеличилась и максимальная скорость машины, перешагнув отметку в 630 км/ч. Немецкий соперник наших истребителей снова далеко ушел в отрыв.
Кроме того, начиная с Bf 109F-3 на всех «мессершмиттах» появилось сделанное на базе термостата устройство, заметно облегчившее жизнь их пилотам. Оно автоматически меняло положение заслонок радиаторов для поддержания заданной температуры охлаждающей жидкости. Пилотам «яков» в 1941-1943 годах приходилось регулировать заслонки вручную. На испытаниях наши летчики для достижения максимальной скорости до предела прикрывали заслонки, снижая тем самым аэродинамическое сопротивление за счет повышения температуры воды в системе до 90-95 град. Но при этом необходимо было постоянно следить, чтобы температура не «зашкалила» и двигатель не перегрелся. Фронтовые летчики, чтобы не отвлекаться во время боя, обычно ставили заслонки в полуоткрытое положение, обеспечивающее поддержание температуры воды в пределах 55-60 градусов, а это увеличивало сопротивление и снижало максимальную скорость на 15-20 км/ч. Термостат-автоматы АРТ-41, подобные немецким, появились на «яках» только летом 1944го.
С появлением на фронте Bf 109F-4 для наших авиастроителей начался очередной напряженный этап «гонки за мессером». Поскольку советские двигателисты в обозримом будущем не могли предоставить для «яка» более мощный мотор, его создателям вновь пришлось облегчать и тщательно «вылизывать» свое изделие, буквально по крупицам набирая дополнительные километры скорости.
Но Яковлев с целью экономии веса изначально заложил в И-26 минимально допустимый запас прочности, а потому никакое облегчение за счет ослабления конструкции было уже невозможно. Выходом мог стать переход на дюраль. Этот путь сулил широкие перспективы, поскольку одна лишь замена деревянного стабилизатора Як-7 на металлический дала экономию в весе планера почти на 20 килограммов. Однако он тоже оказался заблокирован, поскольку немцы в 1941 году захватили основные советские мощности по производству алюминия. Выпуск «крылатого металла» упал почти на 70 %, а американские поставки по ленд-лизу не компенсировали и половины этого падения. В СССР начался «дюралевый кризис», окончательно преодоленный только к концу войны.
Як-1 пробовали облегчить за счет снятия части оборудования и даже вооружения, но это дало лишь незначительный эффект, а боевая ценность истребителя существенно понизилась. Самолеты без пулеметов, раций, кислородных баллонов и бронеспинок, вооруженные одной лишь пушкой, были выпущены в 1942 году малой серией и поступили на вооружение двух истребительных полков.
Поскольку попытки облегчения истребителя положительных результатов не дали, для повышения его летных данных оставалась аэродинамика. Благодаря установке реактивных выхлопных патрубков двигателя и герметичных перегородок внутри фюзеляжа, сглаживанию форм тоннелей водо– и маслорадиатора, а также ряду иных доделок и переделок появился «Як-1 с улучшенной аэродинамикой», ставший самой крупносерийной версией машины. С декабря 1942 по июль 1944 г. выпущен 4461 экземпляр истребителя, максимальную скорость которого, несмотря на все ухищрения, удалось довести лишь до 595 км/ч.
Большинство таких машин относилось к модификации Як-1Б (он же «Як-1 с улучшенным обзором, бронированием и вооружением»), отличавшейся пониженным закабинным гаргротом и установкой каплевидного, полностью застекленного фонаря, обеспечившего значительное улучшение обзора задней полусферы. Для защиты головы летчика в фонаре установили переднее и заднее бронестекла.
Интересно, что Вилли Мессершмитт, не желая ломать отлаженную до мелочей технологию сборки фюзеляжей Bf 109 (временно снижая тем самым темпы серийного выпуска), не решился на подобную переделку своего истребителя. Вплоть до конца войны Bf 109 так и не получил каплевидный фонарь. Высокий гаргрот закрывал обзор, из-за чего пилотам «мессершмиттов» было гораздо сложнее обнаружить врага, напавшего сзади, чем их противникам. Это давало советским летчикам, не забывавшим в полете «крутить головой», определенное преимущество.
Вооружение Як-1Б состояло из мотор-пушки и одного синхронного крупнокалиберного пулемета УБС с боекомплектом 200 патронов (с марта 1943 г. – 240 патронов). Масса секундного залпа – 1,92 кг.
Производство Як-1Б началось в сентябре 1942-го, а с октября все Як-1 строились только в этой модификации. Общий итог серийного выпуска составил 4188 экземпляров.
Финальной вехой развития конструкции Як-1 стал Як-1М, появившийся в середине 1943 года и при запуске в серию переименованный в Як-3. Основные отличия от предыдущих модификаций: применены металлические лонжероны и нервюры крыла вместо деревянных, что дало ощутимую экономию в весе. Само крыло уменьшено по размаху и площади, также слегка уменьшены стабилизатор и киль. Вместо одного маслорадиатора, размещенного под двигателем, установлены два меньших размеров, перенесенные в корневую часть крыла. Полотняная обшивка хвостовой части фюзеляжа заменена фанерной. Более плавными и сглаженными стали очертания фонаря кабины. Взлетная масса машины понизилась до 2690 кг.