Модификация производилась ОКБ в связи с возникшей в 1944 г. необходимостью иметь истребитель с еще более увеличенной, чем в Як-9Д, дальностью полета, способный выполнять задачи сопровождению бомбардировщиков при их действиях по глубоким тылам противника.

Характерные черты Як-9ДД: Бензобаки общей емкостью 845 л (630 кг) - восемь основных и один расходный, все металлические, В связи с этим в крыле усилены нервюры, под бензобаками установлены люки, в верхней обшивке прорезаны шесть дополнительных лючков под заливные горловины баков. Шесть внутренних бензобаков и расходный бачок - протектированные, два консольных - непротектированные; протектор рассчитан на защиту от пуль калибра 7,92 мм. Толщина протектора расходного бачка 15 мм, шести внутренних бензобаков: сверху - 1 мм, снизу - 8 мм. Маслобак емкостью 70 л. Пушка ШВАК с боезапасом 120 снарядов. Спецоборудование для полетов ночью и в сложных метеоусловиях - радиостанция СЦР-274Н с двумя приемниками БЦ-454А и БЦ-455А и двумя передатчиками БЦ-457А и БЦ-459А, радиополукомпас РПК-10М, авиагоризонт АГ-2, более высокая основная и дополнительная на киле мачты антенны; более мощные генератор и аккумулятор; кислородный баллон на 8 л взамен четырехлитрового.

Новое радиооборудование обеспечивало на высоте 1000 м надежную двухстороннюю радиосвязь на расстоянии до 150 км и прием на высоте 7000 м на расстоянии 300 км. От Як-9Т заимствовано смещение кабины назад на 400 мм. Полетная масса Як-9ДД увеличилась по сравнению с Як-9Д на 270 кг и по сравнению с Як-9Т на 362 кг и составила 3387 кг. На посадке разница в полетных массах сглаживалась. В связи с увеличением полетной массы летно-тактические данные с полной нагрузкой существенно изменились: максимальная скорость уменьшилась, скороподъемность, маневренность и взлетно-посадочные свойства ухудшились, но после израсходования половины запаса горючего максимальная скорость и остальные данные становились практически такими же, как у серийных Як-9Д.

Продольная устойчивость при полной полетной массе, вследствие смещения центровки назад, ухудшилась, но незначительно. Штопорные характеристики в отношении простоты и безопасности вывода практически остались такими же, как у других самолетов Як. По технике пилотирования Як-9ДД как более тяжелый и инертный несколько отличался от Як-9Д. Хотя длина разбега и взлетная дистанция увеличились, однако Як-9ДД мог взлетать с тех же полевых аэродромов, что и Як-9Д. В связи со значительным увеличением запаса горючего (по сравнению с Як-9Д более чем на 30%) дальность и продолжительность полета существенно возросли. Так, дальность полета до полного выгорания горючего на высоте 1000 м на 0,9 максимальной скорости увеличилась до 1325 км, а на наивыгоднейшем режиме- до 2285 км. Продолжительность полета увеличилась соответственно до 2 час 22 мин и 6 час 31 мин (на 26% больше, чем у Як-9Д).

Большая дальность и продолжительность полета позволяли использовать Як-9ДД как истребитель сопровождения, а также для самостоятельного выполнения специальных задач в тылу противника.

Модификация произведена ОКБ в апреле 1944 г. согласно постановлению ГКО от 20 февраля 1944 г. Государственные испытания проходили в НИИ ВВС с 24 июля по 2 августа 1944 г. (летчики П.М.Стефановский, Ю.А.Антипов, ведущий инженер М.А.Пронин).

Як-9ДД выпускался серийно с мая 1944 г. по сентябрь 1945 г. Всего построено 399 самолетов.

Войсковые испытания на боевое применение проводились в 368 иап (командир - майор А.Г.Жулин) 334 иад 6 бак (бомбардировочного авиакорпуса) 3 ВА с 9 марта по 25 апреля 1945 г. [ЦАМО, ф. 35, оп. 11287, д. 3589]. Всего проходило испытания 40 Як-9ДД 1-й и 2-й серий выпуска мая - августа 1944 г.

Войсковые испытания в 368иап проходили в период ликвидации группировок противника в Восточной Пруссии и проведения наступательных операций в центральной Германии на города Штеттин и Берлин. Воздушные бои приходилось вести преимущественно с FW-190. Як-9ДД использовались в основном для сопровождения бомбардировщиков Пе-2 и Ту-2, действовавших на малых высотах по переднему краю обороны противника, и поэтому не могли полностью проявить себя. В частности, они не вполне удовлетворяли требованиям, предъявляемым к истребителям сопровождения такого скоростного бомбардировщика, как Ту-2 по следующим причинам: Относительно малая максимальная скорость. При полете Ту-2 на максимальной скорости Як-9ДД не имели необходимого преимущества (на 25...30%) для совместных действий, особенно в моменты ухода Ту-2 от цели и отражения атак противника. Для устранения этого недостатка Як-9ДД как истребителя сопровождения необходимо было улучшить его аэродинамику по типу Як-9У и Як-З и установить на нем более мощный двигатель, например М-105ПФ2, но этот двигатель обладал недостаточной по сравнению с двигателями Ту-2 высотностью.

Заниженная скороподъемность и недостаточная маневренность, особенно при полной полетной массе. Ухудшившаяся живучесть из-за установки центропланного бензобака (90 л) под ногами летчика и отсутствия протекторов на крайних консольных бензобаках. Живучесть самолета ухудшилась и вследствие большой площади поражения восьми бензобаков в крыле.

Большая полетная масса, большой разнос масс, а также малая мощность двигателя являлись главными причинами ухудшения летно-пилотажных и маневренных качеств Як-9ДД. Поэтому летчики относились к Як-9ДД сдержанно, называя его между собой "летающая цистерна".

Як-9ДД были присущи свои специфические дефекты, обусловленные, главным образом, большой полетной массой и большим запасом горючего. Главные из них - быстрый износ покрышек колес шасси; поломки вилок хвостового колеса; неравномерная выработка горючего, что приводило к подсосу воздуха и отказу двигателя в полете.

Як-9ДД полностью оправдал себя как истребитель дальнего действия, когда группа из 12 самолетов этого типа в августе 1944 г. под командованием майора И.И.Овчаренко, совершила без подвесных бензобаков беспосадочный перелет Бельцы-Бари (Италия) протяженностью 1300 км для оказания помощи Народно-освободительной армии Югославии. Лидером был бомбардировщик "Бостон", ведомый опытным летчиком-испытателем НИИ ВВС М.А.Нюхтиковым. Этот перелет и последующая работа по сопровождению транспортных самолетов С-47 на освобожденную партизанами территорию Югославии продемонстрировали высокие эксплуатационные и летные качества Як-9ДД. За весь период пребывания в Вари не было отмечено ни одного случая поломки или отказа в работе самолета, хотя в каждом боевом вылете (а их было 155) приходилось дважды пересекать Адриатическое море, проходя над водной поверхностью от 400 до 600 км, и совершать посадки на расположенные среди высоких гор площадки ограниченных размеров при сильном боковом и даже попутном ветре. Як-9ДД на высотах до 3000...4000 м по скорости и маневру превосходил все базировавшиеся на аэродроме Бари английские и американские истребители - "Темпест" I, "Спитфайр" IX, P-63C-1 "Кингкобра", P-40 "Киттихаук", P-47 "Тандероолт" и др., что было проверено практически в учебных воздушных боях. Почти все американские и английские истребители были высотными и на 3000...4000 м не блистали своими качествами.

Английские и американские летчики с восхищением отзывались о мастерстве советских летчиков и высоких качествах Як-9ДД. В 1944 г. Як-9ДД успешно использовался для эскортирования бомбардировщиков B-17 "Флаинг Фортресс" и B-24 "Либерейтор", совершавших челночные полеты на цели в Румынии без посадки из Полтавы (Украина) в Бари (Италия).