Les premiers Yak-9 arrivèrent dans les unités de combat pour participer à la contre-offensive soviétique suivant la bataille de Stalingrad, pendant l'hiver 1943. Il devint rapidement un chasseur majeur de la VVS, au côté du Lavotchkine La-5. Contrairement à ses prédécesseurs, il était relativement équivalent aux Bf-109G et aux Fw-190A. Bien que généralement moins rapide, il était plus manœuvrable. Contrairement à ce qu'affirment beaucoup de sources occidentales, les Yak-9T ne furent que très peu utilisés pour l'attaque au sol, les Soviétiques lui préférant le Iliouchine Il-2 Sturmovik, beaucoup mieux protégé pour ces missions. Ils l'utilisèrent plutôt pour le combat aérien et en particulier pour la destruction des bombardiers allemands, les obus de 37 mm ayant un effet dévastateur.
Le Yak-9 fut entre autres l'appareil du Groupe de chasse Normandie-Niémen et du 1er régiment de chasse polonais. Il servit de monture à de nombreux as, comme Alexandr Pokrychine titulaire de 59 victoires, Grigori Retchakov de 56 et Dimitri Glinka de 50. Les Yak-9DD de la 236e division de chasse (IAD) fournirent l'escorte aux bombardiers américains qui attaquaient les champs pétrolifères en Roumanie. Ils appuyèrent quelque temps les partisans yougoslaves, en opérant à partir de Bari en Italie.
L'arrivée du Yak-9U au front correspondit à celle du Yakovlev Yak-3 et du Lavotchkine La-7 avec lesquels il allait enfin acquérir une supériorité aérienne pour l'Armée rouge. Le Yak-9U semble avoir été sensiblement aussi performant et capable que le P-51D américain, quoique optimisé pour le combat à des altitudes moyennes qui étaient les plus disputées sur le front de l'Est. Contrairement à son cousin le Yak-3, optimisé pour le combat contre les chasseurs à basse altitude, il était plus polyvalent et avait un meilleur rayon d'action.
Le Yak-9P, lui, fut employé par les Nord-coréens, qui en possédaient 79, au cours du début de la guerre de Corée. Ses piètres résultats contre les P-51D semblent être plus liés à un manque d'entraînement des pilotes. Les exemplaires capturés et testés par les Américains furent en effet décrits comme très capables, même si d'une construction un peu sommaire pour les standards occidentaux.
Les Yak-9P servirent aussi à équiper de nombreuses forces aériennes du Pacte de Varsovie, comme l'Albanie qui reçut onze Yak-9P et un Yak-9V en avril 1951.