Эскизный проект машины с условным обозначением Як-17-РД10 закончили быстро. Внешне она напоминала своего предшественника Як-15, но отличалась от него новым крылом, скомпонованным из скоростных ламинизированных профилей ЦАГИ, переделанным оперением, катапультируемым сиденьем с бронеспинкой, наличием лобового бронестекла толщиной 55 мм. Пришлось разработать и новое шасси, т.к. старое не умещалось в тонком крыле. Теперь основные опоры крепились к силовым элементам фюзеляжа и убирались назад в фюзеляжные ниши с поворотом на 180° вокруг продольной оси стойки. Использовались основные колеса размером 600x180 мм и хвостовое металлическое -230x180 мм, колея шасси уменьшилась до 2 м.

Самолет построили к 3 сентября 1946 г. 26 сентября, после завершения наземных испытаний, летчик ОКБ-115 Климушкин выполнил на нем несколько рулежек, однако в воздух самолет поднимать так и не стали. В то время Як-15 уже строился серийно, и было признано, что его развитием должна стать машина, оснащенная шасси с носовой стойкой. Под обозначением Як-17 в дальнейшем строился другой истребитель.

9 июля 1946 г. Совмин выпустил Постановление №1498-665 о создании учебно-тренировочных самолетов с двойным управлением для переучивания "летного состава истребительной авиации на новую реактивную матчасть". Соответствующий приказ МАП №525 был издан 6 августа. В нем ОКБ-115 предписывалось создать двухместный самолет на базе истребителя "с двигателем ЮМО-004 (РД)" и предъявить его на Госиспытания 1 ноября 1946г. Взлетно-посадочные характеристики машины должны были соответствовать одноместному прототипу. "Каждая кабина летчика по своему оборудованию должна полностью обеспечивать пилотирование самолета. На учебно-тренировочных самолетах разрешается иметь уменьшенное вооружение, а при необходимости - уменьшение максимальной скорости".

В ОКБ-115 учебно-тренировочный самолет сначала получил обозначение Як-ЮМО "вывозной", затем Як-15В ("вывозной"), Як-15УТ, но в конечном итоге ему присвоили официальное обозначение Як-21 (иногда встречается Як-21В). Вооружение на этой машине не устанавливали, а на месте фюзеляжного бака разместили вторую кабину для курсанта. Обе кабины закрывались каплевидным фонарем с двумя сдвижными частями.

Как уже отмечалось выше, опытная "спарка" строилась в Тбилиси. В связи с жесткими сроками передачи самолета на Госиспытания его заложили даже раньше, чем одноместные Як-15 малой серии. Первую спарку Як-21 с хвостовой опорой шасси и ставшую первой серийной машиной 31-го завода, впервые поднял в воздух в апреле 1947-го летчик П.У.Фокин.

Кроме того, заводу №31 до конца апреля 1947 г. следовало выпустить еще 25 самолетов с двойным управлением. Однако по разным причинам ни одно из этих заданий в срок выполнить не удалось. Первый полет по программе заводских испытаний летчик П.У.Фокин выполнил на Як-21 только 5 апреля 1947 г. В воздухе машина вела себя хорошо, однако очень быстро стало очевидным, что разработанный к тому времени другой вариант "спарки" Як-21Т в большей степени соответствует требованиям военных, и работы по самолету остановили.