В годы Великой Отечественной войны он неоднократно модифицировался. На его основе были созданы более совершенные истребители Як-1М и Як-3. Як-1М — одноместный истребитель, развитие Як-1. Создан в 1943 г. в двух экземплярах: опытный экземпляр N 1 и дублер. Двигатель на экземпляре N 1 — ВК-105ПФ мощностью 1180 л. с. с винтом ВИШ-61П, а на дублере — тот же двигатель, но форсированный по наддуву с 1050 до 1100 мм рт. ст. с винтом-автоматом ВИШ-105СВ. Мощность увеличилась до 1240 л. с. Як-1М был самым легким и маневренным истребителем в мире для своего времени. В нем был воплощен весь опыт конструкторской работы ОКБ по истребителям ЯК предшествовавших типов. Общий стиль конструкции был сохранен, но вся она пересмотрена и пересчитана в сторону максимального снижения массы, уменьшения габаритов и улучшения аэродинамики. Площадь и размах крыла уменьшены соответственно на 2,3 кв. метра и на 0,80 м и составляли 14,85 квадратных метров и 9,20 м при прежних размерах фюзеляжа. Полотняная обшивка фюзеляжа заменена фанерной. Произведена тщательнейшая отделка крыла и всего самолета. Стойки шасси удлинены на 100 мм и увеличен ход поршней до 180 мм, что обеспечило идеальную амортизацию при самых грубых посадках. Водорадиатор глубоко утоплен в фюзеляж. Маслорадиатор перенесен из-под мотора в крыло. Входные отверстия в туннеле двух маслорадиаторов расположены в носке крыла с обеих сторон капота. Запас бензина был уменьшен на 30 кг и составлял 275 кг, а масла — 20 кг. Вооружение: на экземпляре N 1 — одна пушка ШВАК и один пулемет УБС, а на дублере — одна опытная пушка ША-20М и два синхронных пулемета УБС. В результате осуществления указанных мероприятий полетная масса снизилась до 2655 — 2660 кг, а летные качества существенно улучшились.

Первый экземпляр Як-1М был закончен производством 15 февраля 1943 г., проходил заводские испытания с 28 февраля по 7 июня (летчики А. К. Кокин и П. Я. Федрови), госиспытания — с 7 июня по 7 июля и вторично 21 — 23 июля 1943 г. для проверки возможности форсирования двигателя до мощности 1240 л. с. Дублер, выпущенный 17 сентября 1943 г., проходил заводские испытания 20 — 30 сентября (летчик П.Я.Федрови) и госиспытания 6 — 15 октября 1943 г. Летчик А.Г.Прошаков, развил скорость у земли 570 км/ч, на высоте 4300 м — 651 км/ч, время виража 17 с, дальность до 900 км. Оценка была блестящая: Як-1М прошел госиспытания быстро и успешно и был рекомендован в массовое производство взамен Як-1 под маркой Як-3. Первые серии Як-1 имели характерную особенность в своей схеме и внешнем виде — пологий гаргрот от кабины летчика до киля. Гаргрот улучшал аэродинамические формы самолета, но несколько ограничивал обзор назад.

В дальнейшем по предложению фронтовиков серийные самолеты Як-1 имели пониженный гаргрот и видоизмененный фонарь кабины. Конструкторский коллектив внес еще некоторые улучшения, благодаря которым был уменьшен взлетный вес машины (он стал равен 2660 кг) и повысились ее летные качества. Этот вариант истребителя называли Як-1М.