Prototyp zbudowano w styczniu 1943, uzbrojony był w działko 37 mm NS-37 strzelające przez wał śmigła i jeden wkm. Działko miało zapas amunicji 32 naboje i proste przeziernikowe przyrządy celownicze, składające się z pierścienia i muszki. Dla zamocowania dłuższego działka przesunięto kabinę pilota o 40 cm do tyłu, a jego lufa wystawała z kołpaka śmigła na 16 cm. Ponieważ dłuższe serie nie były celne, z działka oddawano maksymalnie serie 2-3 strzałowe, a drugą funkcją wkm-u było wcześniejsze wstrzeliwanie się w cel pociskami smugowymi. W marcu 1943 ukończono badania państwowe i samolot skierowano do produkcji w zakładzie 153. Produkcję kontynuowano do lipca 1945 i zbudowano ich 2748. Miał on jedynie nieco słabsze osiągi od bazowego Jaka-9, a uzbrojenie okazało się efektywne w walce z samolotami i celami naziemnymi. Zwykle Jaki uzbrojone w ciężkie uzbrojenie wykorzystywano w mieszanych formacjach bojowych, pod osłoną Jaków-1 i Jaków-9 z działkami kal. 20 mm. Mimo początkowych planów zwiększenia zapasu paliwa, samoloty produkowano ze zbiornikami, jak w podstawowym wariancie Jaka-9.