29 сентября 1944-го 1-й и 115-й иап 7-й иад перевооружились на Як-3 с двигателями ВК-105ПФ2 и 26 января следующего года начали боевую работу в составе 2-й ВА 1-го Украинского фронта. В феврале — марте 1945 года 1-й гиап выполнил 826, а 115-й гиап — 579 боевых вылетов. В апреле — мае — 1036 и 1130 боевых вылетов соответственно.
Эксплуатация Як-3 в 1-м гиап выявила неудобства для выборки стреляных гильз и звеньев пушки, для чего приходилось вскрывать четыре капота, что по сравнению с Як-9 было крайне неудобно.
Особое внимание в полках дивизии уделялось сохранению материальной части, хранившейся под открытым небом. В частности, при подготовке Як-3 к летнему сезону была произведена подкраска и ремонт верхнего покрытия, а также полировка поверхности планера, снята теплоизоляция с агрегатов и моторов, которые перевели с антифриза на водяное охлаждение.
Неприятный «подарок» 7 ноября 1944 года преподнесли Красной Армии американцы. В районе югославского города Ниш несколько десятков «Лайтнингов» проштурмовали колонну 37-й армии, погиб командир корпуса генерал Г. П. Котов. Вслед за этим американцы пытались блокировать близлежащий аэродром, где базировались истребители 866-го иап 288-й иад. На отражение налета подняли восемь Як-3 во главе с капитаном А. И. Колдуновым, но два из них (лейтенантов Кривоногих и Шипулина) «Лайтнинги» сбили на взлете. Оставшиеся «яки» в первой же атаке, по разным данным, сбили от трех до пяти «Лайтнингов». Причем один из них записал на свой счет Колдунов.
Бой кончился так же неожиданно, как и начался, и, похоже, союзников отрезвили не столько красные звезды на крыльях истребителей, сколько догоравшие на земле белозвездые «рамы». Как потом выяснилось, американцы взлетели с авиабазы Бари, где базировались и наши Як-9ДД, сопровождавшие транспортные С-47 в полетах к югославским партизанам, и они не могли не знать силуэты наших самолетов.
15 апреля 1945 года на Як-3 переучился 287-й иап 269-й иад и начал боевую работу с прикрытия штурмовиков 4-го шак. Весной 1945 года Як-3 с пушкой ШВАК и двумя пулеметами также состояли на вооружении 89-го гиап. На некоторый машинах были установлены ответчики «свой-чужой» СЧ-3.
Истребители Як-3 состояли на вооружении 13-й воздушной армии и авиации ВМФ. В частности, в сентябре 1944 года на Як-3 начал переучиваться 6-й гвардейский авиаполк авиации ВМФ.
