Як-3ПД стал кульминацией высотной линии развития лёгких фронтовых истребителей — дерзкой попыткой вывести машину тактического уровня на территорию стратегического превосходства. Его создание отражало амбициозную задачу — преодолеть технические ограничения поршневых двигателей на больших высотах и обеспечить советской авиации возможность эффективного противодействия в диапазоне, ранее контролируемом противником. Переработанная конструкция, двухступенчатый нагнетатель, снижение массы и иные инженерные решения были направлены на достижение устойчивых лётных характеристик на высотах свыше 12 000 метров.
Революционность Як-3ПД заключалась не в новой платформе, а в предельной доводке серийной машины до высотных характеристик, недостижимых для базового Як-3. Ключевым элементом стал двигатель ВК-105ПД (или ВК-105ПВ) с двухступенчатым нагнетателем Э-100 (передаточное число 9,72) — сложнейший агрегат, предназначенный для эффективной работы в условиях разреженного воздуха. По расчётам, самолёт должен был развивать 715 км/ч на высоте 10 800 м и достигать потолка до 12 900 м — на 4–5 км выше возможностей стандартных фронтовых истребителей. Для этого планер облегчали до 2616–2625 кг, вооружение сократили до одной мотор-пушки НС-23 с 60 снарядами, а размах крыла увеличили на 0,6 м для сохранения управляемости на высоте.
Однако путь к этим высотам оказался сложным. Уже в первых испытаниях в феврале 1945 года двигатель демонстрировал нестабильную работу: давление топлива падало до нуля на 9000 м, турбомуфта выходила из строя, в маслофильтрах появлялась стружка. Лётчики-испытатели Михаил Иванов и Сергей Анохин совершили 18 полётов между февралем и маем 1945 года, сталкиваясь с постоянными техническими отказами. Высотный Як-3ПД, несмотря на потенциал, всё больше напоминал лабораторию на крыльях, в которой шансы на стабильную эксплуатацию казались минимальными.
Прорыв состоялся летом 1945 года на другом опытном Як-3 (№44-19) с двигателем ВК-105ПВ. Ключевым стало простое и эффективное решение инженера-летчика ЛИИ И. И. Шунейко — система перепуска воздуха из нагнетателя в атмосферу, устранившая помпаж, мучивший силовую установку. Комплексная доработка включала также установку сепаратора и диффузора в системе охлаждения, улучшенную герметизацию кабины и аэродинамическую обработку поверхностей: шпатлёвку, перекраску, доработку фонаря. В результате самолёт получил новый технический облик и стабильную высотную тягу.
26 июня 1945 года Як-3ПД достиг скорости 710 км/ч на высоте 11 000 метров. А уже 6 июля — рекорд: практический потолок 13 300 метров. Причём на высотах от 11 000 до 12 500 метров самолёт сохранял управляемость и устойчиво выполнял боевые развороты с нужным креном — он оставался не просто разведчиком, а полноценным высотным истребителем. Однако условия эксплуатации были предельными: полёты на 13 км с кислородной маской КПА-3бис требовали от пилота высотной тренировки и строгого режима дыхания, превращая каждый вылет в физическое и психологическое испытание.
Звёздный час Як-3ПД совпал с закатом поршневой эпохи. Реактивные двигатели открывали принципиально иные горизонты по скорости, высоте и перспективам развития. Серийное производство уникального перехватчика развернуто не было. Однако его значение выходит далеко за рамки опытного образца. Як-3ПД стал первым советским истребителем, в конструкцию которого системно закладывались решения для устойчивого боя на стратосферных высотах. Борьба с помпажом двигателя, системы наддува и охлаждения, герметизация кабины, а также учёт физиологических нагрузок на пилота — весь этот комплекс стал базой для будущих реактивных машин.
Опыт, полученный на Як-3ПД, напрямую повлиял на становление высотной реактивной авиации в СССР, включая проекты, завершившиеся созданием МиГ-15. Это был последний и наиболее совершенный шаг поршневой школы Яковлева в направлении предельных высот — дерзкий, но логичный финал линейки. Забытая сегодня экспериментальная машина стала доказательством того, что даже в условиях технологического перелома советская инженерная мысль способна была пробиваться туда, где прежде начиналось только теоретическое проектирование.