Затем было получено указание модифицировать проект в бомбардировщик, и самолет получил новое обозначение ББ-22 – ближний бомбардировщик. Были произведены существенные изменения, касающиеся размещения вооружения, запасов топлива и организации внутреннего бомбового отсека. Первая модель ББ-22 была завершена 31 декабря 1939 г. и совершила полет с лыжным шасси 20 февраля 1940 г. К этому времени строительство самолетов осуществлялось на двух заводах; готовились к испытательным полетам экспериментальные варианты – самолет для аэрофоторазведки Р-12 и дальний истребитель сопровождения И-29 (или ББ-22 ИС).

В конце 1940 г. вариант ББ-22 получил новое обозначение Як-2. Оснащенный двумя V-образными двигателями M-103 мощностью 716 кВт (960 л.с.), самолет развивал на уровне моря максимальную скорость 530 км/час, дальность его полета составляла 800 км, практический потолок 8800 м. В 1940 г. в основную конструкцию были внесены усовершенствования, связанные с улучшением размещения экипажа, обзора и оснащением бронезащитой; был установлен двигатель М-105 с улучшенной защитой топливной системы, предусмотрены наружные бомбовые подвески.

Получив новое обозначение Як-4, самолет был запущен в серийное производство осенью 1940 г. Всего выпущено около 600 машин обоих вариантов, в основном Як-4. Самолеты оказались не особенно успешными в боевой эксплуатации.