Як-9 став закономірним продовженням винищувачів Як-1 та Як-7. З конструктивної точки зору він являв собою подальший розвиток Як-7. Мало відрізняючись від нього за зовнішнім виглядом, Як-9 в той же час був з усякого погляду досконалішим. Це природно, оскільки при створенні цього літака було враховано майже дворічний досвід виробництва і бойового застосування Як-1 та існувала можливість ширшого застосування дюралюмінію, в якому країна відчувала вже не такі великі труднощі, як на початку війни. Використання металу дозволило, зокрема, істотно зменшити масу конструкції, а виграш використовувати або для збільшення запасу пального, або для оснащення літака потужнішим озброєнням і різноманітнішим спецобладнанням.
Як-9 був наймасовішим винищувачем радянських ВПС періоду Німецько-радянської війни. У середині 1944 літаків Як-9, Як-9Т і Як-9Д в сумі було більше за всіх інших винищувачів, що знаходилися на озброєнні, разом узятих і вони значною мірою замінили Як-1 і Як-7Б на основних фронтах. Випуск Як-9 на заводі № 153 досягав 20 літаків на день.
Як-9 випускався на трьох великих заводах (№ 153, 166, 82), брав участь у всіх операціях Радянської Армії, починаючи з Сталінградської битви. Всі модифікації винищувача мали відмінні льотно-технічні характеристики, не мали значних конструктивних або експлуатаційних дефектів, що призводять до аварій.
Першим серійним літаком став Як-9 з двигуном М-105ПФ. Як-9 з двигуном М-105ПФ і гвинтом ВИШ-61П був фронтовим винищувачем. Він являв собою серійний літак, прототипом для якого став полегшений варіант літака Як-7ДІ. Від останнього Як-9 мав ряд відмінностей, основні з яких такі: запас пального і число бензобаків зменшені відповідно з 500 кг і чотирьох баків до 320 кг і двох баків (на Як-7ДІ в полегшеному варіанті два консольних бака не заливалися, на серійних Як-9 вони були відсутні); запас мастила зменшено з 50 до 26…30 кг; зняті бомботримачі для зовнішньої підвіски бомб.
Озброєння Як-9 було аналогічне Як-7ДІ — одна мотор-гармата ШВАК з боєзапасом 120 патронів і один (лівий) синхронний кулемет УБС з боєзапасом 200 патронів. Польотна маса в порівнянні з полегшеним варіантом Як-7ДІ збільшилася до 2870…2875 кг, що пояснювалося в основному нижчою культурою виробництва і менш жорстким масовим контролем на серійних заводах у порівнянні з дослідним виробництвом ДКБ О. С. Яковлєва.
Модифікації
Головною особливістю Як-9 була здатність створювати на його основі найрізноманітніші за призначенням типи літаків, включаючи фронтовий винищувач із звичайним і важким озброєнням, винищувач далекого супроводу, винищувач-бомбардувальник, винищувач-фоторозвідник, висотний винищувач-перехоплювач, двомісний неозброєний пасажирський літак спеціального призначення, двомісний навчально-тренувальний і вивізний винищувач.
Як-9 мав 22 основних модифікації, з яких 15 будувалися серійно. На Як-9 встановлювалися п'ять різних нових і модифікованих типів двигунів, шість варіантів числа й обсягу бензобаків, сім варіантів озброєння і два варіанти спецобладнання. Крім того, у Як-9 було два різновиди крила, що істотно відрізнялися: змішаної і суцільнометалевою конструкцій. Всі модифікації Як-9, крім вихідної конструкції, мали спеціальні індекси.
Як-9 з М-106ск
Дослідний літак, спроба поліпшити характеристики Як-9 за рахунок встановлення потужнішого двигуна М-106ск оснащеного одношвидкісним нагнітачем. Літак вийшов на випробування в жовтні 1942 р. Проте двигун працював незадовільно і винищувач залишився в єдиному екземплярі.
Як-9 з М-107А
Літак випробовувався в грудні 1942 року. Перспективний двигун М-107А при таких самих габаритах як і М-105ПФ мав набагато більшу потужність, але виявився ще «сирим» і одного разу через його відмову літак зазнав аварії, в якій ледь не загинув льотчик-випробувачП. М. Стефановський. Цей варіант Як-9 був виготовлений лише в одному екземплярі.
Як-9Д
Ця модифікація відрізнялася від базової моделі великим запасом палива (ЯК-9 320 кг, Як-9Д 480 кг). Паливо розміщувалося не в двох баках як на Як-9, а в чотирьох: двох кореневих по 208 л і двох консольних по 117 л. Максимальна дальність польоту досягла 1400 км. Виробництво ЯК-9Д почалося в березні 1943 р. (замість Як-9) і тривало до травня 1944 Всього було виготовлено 3068 винищувачів ЯК-9Д.
Як-9Т
На літаку в розвалі блоку циліндрів двигуна М-105ПФ була встановлена 37 мм гарматаНС-37. Через велику довжину гармати, кабіну льотчика зсунули назад на 0,4 м, також було проведено посилення конструкції і агрегатів. Боєзапас складався з 30-32 снарядів для гармати НС-37 і 200–220 патронів для синхронного кулемета УБ. Маса секундного залпу становила 3,74 кг. 37-мм гармата дозволила збільшити дистанцію відкриття стрільби: для порушення бойового порядку бомбардувальників 1000–1200 м; окремо не маневреним бомбардувальникам 500–600 м. Як-9Т з успіхом застосовувався для атаки наземних цілей. Бронебійні снаряди з дистанції 500 м під кутом 45 градусів пробивали броню товщиною 30 мм. Проте сильна віддача гармати приводила до того, що у бік цілі йшло лише перші кілька снарядів. У звіті про військових випробуваннях літака зазначалося: «льотчик, який літає на Як-9Т, повинен бути свого роду снайпером і вміти вражати літак ворога напевно — з першого пострілу»[2]. Наприкінці 1943 р. літак використовувався для боротьби з морськими цілями противника на Чорному морі. У період з березня 1943 р. по червень 1945 р. було побудовано 2748 літаків Як-9Т.
Як-9ТД
Літак Як-9Т зі збільшеним запасом палива, мав чотири баки як на Як-9Д. Випускався у 1944 р.
Як-9К
Модифікація Як-9Т на якій замість 37 мм гармати НС-37 була встановлена 45 мм гармата НС-45. Зазор між порожнім валом редуктора гвинта та стволом гармати, що проходив крізь нього, становив лише 0,75 мм. Для зменшення сили відбою, яка становила 7 тс, ствол НС-45 забезпечили дульним гальмом. Але, все ж при стрільбі на невеликих швидкостях літак розгортало, а льотчик відчував різкі поштовхи. Було рекомендовано вести стрільбу короткими чергами по 2-3 постріли. Маса секундного залпу Як-9К досягла 5,53 кг. У квітні-червні 1944 р. побудували серію Як-9К з 53 літаків. За час військових випробувань винищувачі провели 51 повітряний бій, в ході яких було збито 8 FW-190 A-8 і 4 BF-109 G (зустрічей з бомбардувальниками не було). Свої втрати склали 1 Як-9К. Середня витрата 45-ти мм патронів на збитий літак противника склав 10 штук. Як-9К не стали випускати великою серією через ненадійність роботи гармати НС-45.
Як-9П
Дослідний варіант Як-9. Замість синхронного 12,7 мм кулемета УБ на літаку була встановлена 20 мм гармата ШВАК. Як-9П виготовлений в березні 1943 р.