La fabricación y prueba simultáneas de un diseño que requería tantas mejoras como la I-26 causó muchas interrupciones en la producción. Se hicieron casi 8,000 cambios a los planos en 1941, con 7,000 adicionales implementados el año siguiente y 5,000 más en 1942. La producción se redujo aún más por la escasez de motores, hélices, radiadores, ruedas y cañones. La escasez de materiales de calidad hizo que la madera contrachapada se desprendiera de las alas de varios aviones. La fábrica número 292, el principal fabricante de Yak-1, fue bombardeada el 23 de junio de 1941 y quemada hasta los cimientos; la producción se reanudó en medio de las ruinas el 29 de junio. Debido a la situación cada avión era único, y los trabajadores que realizaban el ensamblaje final tenían que acoplar componentes diferentes. El tren de aterrizaje principal izquierdo y derecho podían tener diferentes longitudes y ángulos con respecto a la aeronave, lo que requería ajustar sus accesorios para garantizar una postura uniforme para la aeronave y las piezas a menudo no eran intercambiables. La producción del Yak-1 terminó en julio de 1944, con alrededor de 8.700 construidos.
En el momento de la Operación Barbarroja se habían construido 425 Yak-1, aunque muchos estaban en camino o aún estaban incompletos; 92 estaban en pleno funcionamiento en los distritos militares occidentales, pero la mayoría se perdieron en los primeros días. El Yak-1 fue construido como un caza de escolta para los bombarderos tácticos Il-2 y los combates se llevaron a cabo por debajo de los 4.000 m, donde el Yak-1 se desempeñó mejor. El Yak-1 demostró tener una ventaja significativa sobre sus competidores soviéticos. Un giro de círculo completo tomó solo 17 segundos en el Yak-1M. El MiG-3, que tenía el mejor rendimiento a gran altitud, lo hizo mal en altitudes bajas y medias y su armamento ligero lo hizo inadecuado para ataques terrestres. El LaGG-3 experimentó una degradación significativa en el rendimiento (hasta 100 km/h) en comparación con sus prototipos debido a la inexperiencia del fabricante con su construcción especial de madera, que sufría deformaciones y pudrición cuando se exponía a los elementos. La cubierta de madera contrachapada del Yak-1 también sufrió por el clima, pero el marco de acero mantuvo el avión en gran parte intacto.
Los primeros aviones sufrieron fugas de combustible, tanques de combustible soldados por puntos que fallaron por vibración. El toldo no se podía abrir bajo ciertas condiciones en modelos anteriores y algunos pilotos tenían la parte deslizante del toldo removida. Los primeros 1.000 Yak-1 no tenían radio; los equipos inalámbricos se volvieron comunes en la primavera de 1942 y obligatorios en agosto de 1942, pero las radios soviéticas eran notoriamente poco fiables y de corto alcance, por lo que se retiraban con frecuencia para ahorrar peso. El M-105 no podía tolerar fuerzas G negativas que le privaban de combustible y sufrían averías de magnetos, reguladores de velocidad y aceite emitido por el eje de reducción.
El Yak-1 era mejor que el Bf 109E pero inferior al Bf 109F, su principal oponente, en velocidad de ascenso en todas las altitudes, aunque podía completar un círculo a la misma velocidad (20-21 segundos a 1000 m). El Bf 109, con sus aletas automáticas, tenía una velocidad de pérdida más baja y era más estable en giros cerrados y en figuras acrobáticas verticales. Un combate simulado entre un Yak (con motor M-105PF) y un Bf 109F reveló que el Messerschmitt sólo tenía una maniobrabilidad marginalmente superior a 1000 m, aunque el caza alemán podía obtener una ventaja sustancial sobre el Yak-1 dentro de cuatro o más cinco giros de nariz a cola. A 3.000 m, las capacidades de los dos cazas eran casi iguales, ya que el combate se redujo esencialmente a ataques frontales. En altitudes superiores a 5.000 m, el Yak era más maniobrable. La velocidad nominal del motor a bajas altitudes se redujo a 2.550 rpm, y la superioridad del Bf 109F en estas altitudes se redujo.
El armamento del Yak-1 se consideraría demasiado liviano según los estándares occidentales, pero era típico de los aviones soviéticos, y los pilotos preferían algunos cañones agrupados en la línea central para mejorar la precisión y reducir el peso. Los cañones en las alas rara vez se usaban en los cazas soviéticos y, cuando se suministraban, a menudo se retiraban. Evitar los cañones de las alas redujo el peso y mejoró de forma demostrable la velocidad de balanceo (lo mismo ocurrió con el Bf 109F). EEUU y Gran Bretaña consideraban necesarios el armamento pesado y el alto rendimiento, incluso a costa de una maniobrabilidad inferior, mientras que los soviéticos confiaban en la puntería de sus pilotos junto con aviones ágiles. Incluso con el armamento ligero del Yak-1, para reducir el peso, se realizaron modificaciones en el frente y en unos 30 aviones de serie: se eliminaron las ametralladoras ShKAS de 7,62 mm, conservando sólo el único cañón ShVAK. Estos aviones más ligeros eran populares entre los pilotos experimentados, para quienes la reducción de armamento era aceptable y la experiencia de combate en noviembre de 1942 mostró una relación de bajas y pérdidas mucho mejor. En el otoño de 1942, apareció el Yak-1B, con el motor M-105P más potente y una sola ametralladora UBS de 12,7 mm en lugar de las dos ShKAS. Aunque esto no aumentó mucho el peso total del fuego, la UBS fue mucho más efectiva que las dos ShKAS de 7,62 mm. La simple mira VV reemplazó la mira PBP debido a la muy mala calidad de las lentes de esta última. El Yak-1 tenía una cola ligera y era fácil volcar y golpear el suelo con la hélice. A menudo, los técnicos tenían que mantener la cola hacia abajo, lo que podía provocar accidentes, con aviones despegando con técnicos todavía en el fuselaje trasero.
El Yak-1 fue muy querido por sus pilotos; Nikolai G. Golodnikov consideró que el Yak-1B, pilotado por pilotos experimentados, podría hacer frente al Bf 109F-4 y al G-2 en igualdad de condiciones. El escuadrón francés Normandie-Niemen seleccionó el Yak-1M (que tenía un fuselaje recortado para permitir una visión panorámica) cuando se formó, en marzo de 1943. Veinticuatro de estos aviones fueron enviados al 586o Regimiento de Aviación de Cazas, compuesto exclusivamente por mujeres, cuyos pilotos incluían a los únicos ases femeninos del mundo: Katya Budanova, con 5, y Lydia Litvyak (las reclamaciones oscilan entre 5 y 12, más dos compartidas). Litvyak voló el Yak-1 "Amarillo 44", con un mástil aéreo, al principio en el 296º Regimiento de Aviación de Combate y luego con el 73º Regimiento de Aviación de Combate de la Guardia, hasta su muerte en combate el 1 de agosto de 1943. Otro as que voló el Yak-1 fue Mikhail Baranov, que anotó sus 24 victorias con él, incluidas cinco en un día (cuatro Bf 109 y un Ju 87, el 6 de agosto de 1942). El Yak-1 también fue el primer tipo usado por el 1 Pułk Lotnictwa Myśliwskiego "Warszawa" (1er Regimiento de Cazas Polaco "Varsovia").
Las convenciones de nomenclatura soviéticas ocultan el hecho de que el Yak-1 y sus sucesores, el Yak-7, Yak-9 y Yak-3, tienen esencialmente el mismo diseño, comparable a las numerosas variantes Spitfire o Bf 109. Si se considerara a los Yaks como un solo tipo, los 37.000 construidos constituirían el caza más producido de la historia. Ese total también convertiría al Yak en uno de los aviones más prolíficos de la historia, aproximadamente igual al tipo de ataque terrestre soviético más conocido de la Segunda Guerra Mundial, el IL-2 Shturmovik. Las pérdidas fueron las más altas de todos los tipos de caza en servicio en la URSS: de 1941 a 1945, el VVS KA perdió 3.336 Yak-1: 325 en 1941, 1.301 el año siguiente, 1.056 en 1943, 575 en 1944 y 79 en 1945.