Le chasseur Yak-9D avec une autonomie de vol accrue et un moteur M-105PF était l'une des modifications les plus populaires du Yak-9. Le besoin d’un tel chasseur s’est fait sentir lorsque les troupes soviétiques ont commencé à faire de profondes percées dans les défenses ennemies et qu’avec une offensive rapide, il y avait un risque que les troupes au sol soient séparées des avions qui les couvraient.
L'augmentation de la portée de vol a été obtenue grâce à l'installation de quatre réservoirs de gaz d'une capacité de 480 kg. La réserve d'huile a été augmentée à 48 kg et la masse en vol à 3117 kg. La production en série a duré de mars 1943 à juin 1946, 3058 exemplaires ont été produits. L'expérience du combat aérien a montré que le Yak-9D, jusqu'à une altitude de 3 500 m, avait un avantage sur le Me-109G-2 et le FW-190A-8 dans les virages, et lorsqu'environ la moitié de sa réserve de carburant était épuisée. , dans une manœuvre verticale.