Согласно эскизному проекту общая компоновка истребителя (за исключением шасси) осталась как и у предшественника, а прирост скорости ожидалось получить при замене толстого крыла Як-3 утонченным, набранным из профилей ЦАГИ 12145 у корня и 101012 на его концах, с меньшим коэффициентом аэродинамического сопротивления. Механизация несущей поверхности состояла из щелевого закрылка с углами отклонения 15 градусов на взлете и 50 градусов — на посадке.

Это повлекло за собой переделку основных опор шасси. Колеса основных опор имели размер 600х180 мм, а хвостовое — 230х180 мм. Поскольку в тонкое крыло они полностью не убирались, пришлось стойки навесить на лонжеронах крыла вблизи фюзеляжа. На самолете предусматривалась установка катапультного кресла с бронеспинкой и лобового бронестекла толщиной 55 мм. Вооружение запланировали из двух пушек НС-23 с общим боезапасом 200 патронов (впоследствии сократили до 120 патронов), прицел ПБП-1а (впоследствии замененный на АСП-1Н) и фотопулемет С-13.

Состав оборудования, включая кислородный прибор КП-14 с двухлитровым баллоном, остался прежний.

Расчеты показали, что с крылом площадью, как у Як-15, максимальная скорость на высоте 5000 метров не превысит 822 км/ч, но с уменьшенной до 13,5 м² площадью ее значение можно довести до 850 км/ч. В последнем случае до 700 км возрастала и дальность. Эти два варианта и предложили заказчику, однако в производство пустили машину с крылом площадью 14,85 м².

Эскизный проект Як-РД-10 утвердили 25 июня 1946 года, а 3 сентября его выкатили из сборочного цеха. Спустя три недели МАП разрешило первый вылет машины. Ведущими по машине были инженер К. В. Синельщиков, летчик-испытатель Г. С. Климушкин и механик О. В. Яницкий. Наземные испытания продолжались с 3 по 26 сентября; во время очередной рулежки обнаружилась тенденция самолета к произвольному развороту. Дефект устранили, и 4 октября Климушкин выполнил на Як-17 первый полет. Единственным серьезным замечанием по машине в тот день была плохая работа механизма уборки шасси. Две недели ушло на изготовление нового замка, но во втором полете все повторилось, только с левой опорой шасси, что привело при посадке к повреждению капота и задней части двигателя. Пока дорабатывали и ремонтировали машину, наступила зима с обильными снегопадами, парализовавшими работу аэродрома ЛИИ до декабря. Снега выпало столько, что почти две недели взлетно-посадочную полосу ежедневно чистило до 600 человек, и лишь 10 декабря возобновились полеты. В тот день полет (видимо, третий) закончился аварийной посадкой. Правую опору шасси заклинило щитком в куполе крыла. В итоге смяли законцовку правой консоли крыла и сопло двигателя. В том же полете на скорости чуть больше 500 км/ч обнаружилась недостаточная эффективность элеронов. Последний дефект объяснили перекомпенсацией элеронов (25,5 %) и впоследствии устранили. Самолет вновь поставили на прикол, и лишь к 15 марта ОКБ сообщило об окончании наземных испытаний доработанного шасси. Но было уже поздно. На летные испытания предъявили более перспективный истребитель Як-19, а под обозначением Як-17 серийно строился совсем другой самолет.

Одной из первых модификаций Як-15 стала спарка, получившая обозначение Як-21 (Як-ЮМО вывозной, Як-15В или Як-21В). Названий много, а машина была одна. Як-21 № 31001 впервые облетал летчик-испытатель завода № 31 П. У. Фокин (ведущий инженер В. Г. Григорьев и механик О. В. Яницкий) 5 апреля 1947 года. Смущает номер машины: 01. Известно, что самолет с таким же номером потерпел аварию 17 октября 1946 года. Не исключено, что его не сдали в металлолом, а переделали в спарку.

Як-21 стал первым советским реактивным учебно-тренировочным самолетом, но пока еще опытным.

В заключении акта по государственным испытаниям Як-15, в частности, отмечалось: «Считать необходимым в силу простоты конструкции, малой тяги двигателя РД-10 и простоты пилотирования, <…> Як-15 модифицировать в учебно-тренировочный с двойным управлением и трехколесным шасси».

Эти рекомендации стали основанием для разработки одноместного Як-15У и двухместного Як-21Т (трехколесный) с носовой опорой, после принятия на вооружение получивших обозначения Як-17 и УТИ Як-17 (или Як-17В — вывозной) соответственно.

Требования к будущему УТИ Як-17 оставались примерно такими же, как и к Як-21: максимальная скорость у земли — 770 км/ч, на высоте — 800 км/ч, дальность — 600 км, практический потолок — 10 км, время набора высоты 5000 метров — 4,3 минуты, длина разбега и пробега — 350 и 400 метров соответственно. Двигатель оставили прежний — РД-10 статической тягой у земли 900 кгс, а на высоте 8000 метров и скорости 800 км/ч — 400 кгс.

Опытный экземпляр самолета переделали из серийного Як-15 № 01464 на заводе № 464. От своего предшественника он отличался не только двухместной кабиной с дублированным управлением и трехколесным шасси, но и отсутствием вооружения.

Как и у предшественника, подвижные створки обеих кабин летчиков сдвигались назад по направляющим.

Согласно плану опытного самолетостроения, утвержденному Постановлением правительства № 493–192 от 11 марта 1947 года, машину предписывалось предъявить на государственные испытания в том же месяце. Но самолет, полностью подготовленный к испытаниям, почти месяц простоял на заводе. Эта задержка объяснялась ремонтом моста по дороге в Раменское. К рулежкам приступили лишь 18 апреля, а первый полет Як-21Т состоялся 6 мая 1947 года. Заводские испытания (ведущие инженер Н. И. Леонов, летчик Г. С. Климушкин, механик И. В. Казаманов) завершились спустя две недели.

Машину без вооружения сдали на государственные испытания 6 июня, которые начались спустя шесть дней и завершились 1 июля. Ведущими по самолету в НИИ ВВС были летчики А. Г. Прошаков и В. П. Трофимов. Облетали машину В. С. Холопцев, П. М. Стефановский, А. Г. Кочетков, Г. А. Седов, В. Е. Голофастов, Л. М. Кувшинов, И. В. Тимофеенко, А. Г. Терентьев и О. Н. Ямщикова.

Вопреки заданию, дальность получилась почти в два раза меньше — 370 км, а максимальная скорость ниже у земли на 74 км/ч и на высоте 5000 метров — на 72 км/ч ниже. Непрерывный набор высоты на режиме максимальной скорости можно было производить только до высоты 8000 метров из-за ограниченного времени (до 10 минут) непрерывной работы двигателя на номинальном режиме. Да и полеты на большой высоте оказывались нецелесообразными из-за малого запаса топлива. Все это стало следствием размещения второй кабины пилота, по-другому не получалось.

В заключении акта по результатам государственных испытаний специалисты НИИ ВВС записали:

«По своим летно-техническим данным и пилотажным качествам испытанный самолет удовлетворяет требованиям ВВС и может быть использован для вывозки и тренировки летчиков в школах и в строевых частях при обучении на реактивных самолетах.

Считаем необходимым запустить в серийное производство учебно-тренировочный двухместный реактивный истребитель конструкции т. Яковлева <…> и установить на серийных самолетах одну пушку НС-23 и фотокинопулемет С-13».