Oprócz lotnictwa radzieckiego, Jaki-3 były używane przez niektóre jednostki sojuszników. Od lipca 1944 w Jaki-3 wyposażono pułk Normandie-Niemen złożony z pilotów francuskich, walczący na froncie wschodnim, zamieniając Jaki-1 i Jaki-9. Na Jakach-3 pułk ten osiągnął najlepsze rezultaty bojowe. Po zakończeniu wojny, w czerwcu 1945 Stalin podarował Francji 38 (lub 40) Jaków-3, które służyły we francuskim lotnictwie do 1947 roku.
Pojedyncze samoloty Jak-3 używane były podczas wojny i po wojnie w ludowym lotnictwie polskim.
Wersje doświadczalne Pod koniec 1944 i w 1945 prowadzono próby dwóch myśliwców wysokościowych Jak-3PD wyposażonych w silniki WK-105PD oraz WK-105PW, ze sprężarką Je-100, uzbrojonych w jedno działko 23 mm NS-23. Pierwszy model był nieudany, drugi z silnikiem WK-105PW osiągał na wysokości 11 000 m prędkość 710 km/h, lecz dalszy jego rozwój zarzucono.
W grudniu 1944 opracowano wariant Jak-3RD z dodatkowym przyspieszaczem rakietowym RD-1 zamontowanym w tylnej części kadłuba, poniżej zmodyfikowanego usterzenia. Był on uzbrojony jedynie w działko 23 mm NS-23. Z włączonym przyspieszaczem samolot mógł osiągnąć prędkość 782 km/h na wysokości 7800 m.