Большинство самолетов, выпу­скавшихся в течение нескольких лет массовыми сериями, имело по несколько модификаций, различавшихся между собой элементами конструкции, двигателями, вооружением и оборудованием. Як-9 не стал исключением, более того, разнообразие его серийных вариантов беспрецедентно для советской авиации времен войны.

С 1943 по 1946 год в ОКБ А.С. Яковлева было разработано и поставлено «на поток» более десятка версий этого истребителя.

Первая серийная модификация исходной машины, отличавшаяся от оригинала увеличенным запасом топлива. В крыле Як-9Д было расположено не два, а четыре бензобака (по два в каждой консоли), в результате чего общий запас горючего вырос с 440 до 650 литров, а дальность полета - с 850 до 1360 км. С полностью залитыми баками Як-9Д был тяжелее обычного Як-9 примерно на 200 кг, что привело к некото­рому снижению летных данных, но по мере выработки горючего характеристики выравнивались. При полетах на короткие дистанции имелась возможность заправлять только два бака из четырех.

В январе - феврале 1943 года истребитель успешно прошел испытания и был ре­комендован к серийному производству. Необходимость в подобной машине объяснялась тем, что в конце 1942 года Красная армия начала крупномасштабное кон­трнаступление под Сталинградом. Линия фронта стала быстро сдвигаться на запад, все дальше и дальше от аэродромов бази­рования советской авиации. Возникла угроза, что ушедшие далеко вперед наземные войска останутся без воздушного прикрытия.

Срочно понадобился истребитель с большой дальностью полета, и тут Як-9Д оказался как нельзя кстати. В марте 1943 года его начали выпускать взамен Як-9 и продолжали серийный выпуск даже после окончания войны - вплоть до июня 1946-го. Самолет оказался самой «долгоживущей» и одной из наиболее массовых модификаций Як-9 - за три с лишним года их было построено 3058 штук.