Jak-9K thumb|Jak-9K Po opracowaniu udanego wariantu Jak-9T, jesienią 1943 podjęto prace nad jeszcze silniej uzbrojonym samolotem, z działkiem automatycznym kalibru 45 mm NS-45 (Jak-9K – krupnokalibiernyj – wielkokalibrowy). Był on zbliżony do Jaka-9T, jedynie z kołpaka śmigła wystawała na 36 cm lufa działka z hamulcem wylotowym. Pociski 45 mm zostawiały za sobą smugę świetlną, lecz z powodu oddziaływania odrzutu na samolot, istniały niewielkie możliwości korekcji ognia. Pomimo hamulca, odrzut był tak silny, że często doprowadzał do przecieków w instalacjach samolotu, mimo że serie ograniczano do 2-3 strzałów. Osiągi były nieco niższe od Jaka-9T. Mimo niedostatków, nowe uzbrojenie było na tyle potężne (jeden pocisk niszczył samolot lub samochód), że po badaniach prowadzonych od stycznia do kwietnia 1944, od kwietnia do lipca 1944 zbudowano 53 samoloty serii próbnej, które służyły jako niszczyciele czołgów oraz do walki z formacjami bombowymi. Jak-9K był używany do atakowania bombowców faszystowskich; Działo kal. 45 mm umożliwiało im skuteczne niszczenie samolotów bez wchodzenia w strefę ogniową obronnych karabinów maszynowych Heinkli i Junkersów. Jak-9K okazał się zbyt ciężki do starć z Messerschmittami;