Precalienta el horno a 325°F (163°C). Forra los fondos de tres moldes de pastel de 9 pulgadas con papel pergamino. Rocía los lados con spray para cocinar.

Tamiza juntos la harina, el cacao en polvo, el bicarbonato y la sal en un tazón mediano. Reserva.

Calienta el suero de leche en el microondas hasta que esté tibio, aproximadamente 30 segundos. Incorpora la vainilla. Reserva.

Bate juntos el azúcar moreno y la mantequilla en un tazón grande con una batidora eléctrica hasta que esté esponjoso, unos 5 minutos. Añade los huevos uno a la vez, mezclando bien después de cada adición. Incorpora la mezcla de harina y el suero de leche en 3 adiciones hasta que esté completamente combinado. Deja que la batidora funcione a baja velocidad durante 5 minutos, luego divide la masa uniformemente entre los moldes preparados.

Hornea en el horno precalentado hasta que un palillo insertado en el centro de los pasteles salga limpio, de 30 a 35 minutos. Enfría los pasteles en los moldes durante 15 minutos, luego voltéalos sobre rejillas para enfriar completamente, al menos 30 minutos. Cubre los pasteles con film plástico y refrigera durante 1 hora o toda la noche.

Mientras tanto, prepara la cobertura: Combina el azúcar, la leche, la harina y la sal en una cacerola mediana. Cocina a fuego medio, batiendo constantemente, hasta que la mezcla espese y comience a hervir, unos 10 minutos. Vierte en un tazón mediano y refrigera durante unos 45 minutos, revolviendo ocasionalmente.

Bate la mantequilla en un tazón grande con una batidora eléctrica hasta que esté suave, unos 5 minutos. Agrega lentamente la mezcla de leche y harina, 1/4 de taza a la vez, batiendo bien después de cada adición y raspando los lados del tazón. Mezcla la vainilla.

Nivela las capas del pastel uniformemente usando un cuchillo de sierra. Unta aproximadamente 2/3 de taza de cobertura sobre una capa del pastel; repite con la segunda y tercera capa del pastel, apilando las capas mientras cubres con cobertura. Cubre el exterior del pastel con una capa fina de cobertura para atrapar cualquier migaja, luego colócalo en el refrigerador para enfriar durante unos 20 minutos.