В феврале 1938 г. завершилась разработка эскизного проекта. Длина самолета равнялась 6,487 м, размах — 9 м, полетный вес — 1805 кг, а с наибольшей перегрузкой — 2005 к г. В целом конструкция И-180 была близка к конструкции И-16, но шасси убиралось пневматическим приводом, устанавливались сверху фюзеляжа два синхронных пулемета ШКАС, еще два пулемета из консолей крыла были перенесены в центроплан и стали, таким образом, синхронными В дальнейшем Поликарпов планировал заменить их крупнокалиберными или установить вместо них пушки.

В «Докладной записке к эскизному проекту самолета И-180-М88», подписанной 3 марта 1939 г., Николай Николаевич отмечал:

«…Наши предварительные исследования показали, что спроектировать истребитель с современными скоростями (порядка V = 600 км/ч) с имеющимися у нас в Союзе однорядными моторами М25В, М62 (ибо скорости у них не превышают 520–525 км/ч) не представляется возможным. Вследствие этого пришлось перейти на двухрядные моторы типа Гном и Ран, а именно М88 мощностью 1100 НР на 4250 м…

Однако для постановки мотора М88 на И180 необходимы некоторые переделки мотора. Дело в том, что завод 29 выпускает моторы М87 и М88… с оборотами винта 1600–1700 об/мин, что дает для трехлопастного винта диаметр не менее 3200 мм. Так как такой диаметр совершенно неприемлем для истребителя из-за высоты шасси и трудности сборки его, то необходимо, чтобы обороты винта не превышали бы 2200 об/мин и не были бы меньше 2100 об/мин…»

В отзыве НИИ ВВС по эскизному проекту от 26 марта 1938 г. отмеченные недостатки конструкции не носили принципиального характера. Например, указывалось, что «…кабину с постоянными вырезами не делать, дать откидные борта с обеих сторон».

В заключении по эскизному проекту говорилось:

«…5. По летным данным, самолет не удовлетворяет цифрам плана 1938/39 г. [600 км/ч на высоте 5000–6000 м. — Прим. авт.], но это зависит в большей мере отданных мотора. Если мотор М-88 с двухскоростным нагнетателем даст 1000 л.с. на 6000 м, то требуемые планом скорости будут получены…

6. Для быстрейшей модификации самолета И-16 самолет строить нужно».

После ухода С. В. Ильюшина с должности начальника Первого главного (авиационного) управления наркомата оборонной промышленности главк возглавил Беляйкин. Поликарпов сожалел о решении Ильюшина, хотя по-человечески понимал его.

К апрелю 1938 г. был построен макет истребителя. Известие об этом застало врасплох руководство ВВС, так как, несмотря на полугодовой срок разработки проекта, до сих пор к самолету не было предъявлено никаких тактико-технических требований, т. е. отсутствовали нормативные документы, которыми надлежало руководствоваться при оценке истребителя. Поэтому вместо официальной макетной комиссии 9 апреля 1938 г. на завод № 156 послали не имевшую никаких полномочий предварительную. Впрочем, во время ее работы были высказаны и конкретные предложения, потребовавшие критического анализа. Наиболее существенные замечания касались изменения размеров бронеспинки, расположения кислородного оборудования, изменения ширины козырька кабины, увеличения числа оборотов двигателя. Предлагалось сделать борта кабины прямыми, открывающимися одним движением руки летчика, а также продумать возможность установки сдвигаемого фонаря. Макет самолета был выполнен без макета винтомоторной установки (в том числе двигателя), так как в ОКБ имелись лишь самые общие массогабаритные характеристики М-88. Напомним, что сам мотор еще только проходил отработку на стендах завода № 29 — фактически он создавался параллельно с истребителем. Риск использования на новом самолете недоведенного мотора был большой, но другой подходящей мощности у нас просто не было.

Николай Николаевич, извещая главк о визите предварительной комиссии, просил воздействовать на ВВС, чтобы ускорить присылку требований к И-180. «…Отсутствие указанных технических требований ВВС тормозит развертывание работ по заданию Правительства и не гарантирует нас от могущих быть переделок и доделок», — писал он в письме от 10 апреля.

После неоднократных напоминаний наркомата требования НИИ ВВС к самолету И-180 прибыли на завод 29 мая (первая часть) и 31 мая (вторая часть).

В начале 1938 г. в Испании удалось захватить, а затем и доставить в СССР самый совершенный по тому времени немецкий истребитель «Мессершмитт» Bf-109B. Н. Н. Поликарпов попросил начальника НИИ ВВС бригинженера А. И. Филина разрешить ему и сотрудникам КБ (Д. Л. Томашевичу, Н. А. Жемчужину, В. Д. Яровицкому, Н. И. Волкову, А. Г. Ротенбергу, Д. Н. Кургузову, В. И. Тарасову, А. Г. Тростянскому и др.) ознакомиться с самолетом. Помимо того, по указанию штаба ВВС КБ завода № 156 совместно с НИИ ВВС выполнило анализ конструкции и эксплуатационных характеристик истребителя, выделив его и положительные, и отрицательные свойства. В специальном отчете, в частности, отмечалось:

«…Расположение приборов на приборной доске удобное… Кабина самолета закрыта прозрачным фонарем, обеспечивающим хороший обзор во все стороны… Сиденье летчика удобное и имеет хороший механизм подъема… Управление самолетом очень легкое… Управление подъемом и выпуском шасси очень простое, достаточно одного поворота краном для открывания замка… Конструкция самолета рассчитана на массовое производство, обращает внимание продуманность и удобство сборки самолета и монтажа оборудования и вооружения. Большое внимание уделено удобству эксплуатации самолета в боевых условиях. Самолет в целом представляет безусловный интерес для нашей промышленности как с точки зрения технологии производства, применения новых материалов и т. д., так и с точки зрения его боевого применения».

Летные испытания Bf-109B в апреле-мае 1938 г. в НИИ ВВС вызвали большой интерес авиационных специалистов. Анализ конструкции и летных характеристик ВМ09В позволил увязать проектные параметры И-180 с перспективами развития авиации и внести соответствующие коррективы.

В июне наконец прибыла макетная комиссия. В целом положительно оценив самолет, комиссия в протоколе от 20 июня 1938 г. отметила: «…Есть опасения, что выпуск данного самолета будет лимитироваться выпуском мотора М-88…» Эта фраза вполне понятна: завод № 29 только начал производство мотора, его доработка и внедрение в серию требуют достаточно много времени. Там же рекомендовалось изготовить макет винтомоторной группы и дополнительно предъявить макетной комиссии.

Постройка И-180 началась с июля 1938 г. В заводской документации машина именовалась как «заказ 3 18». Нездоровая обстановка, сложившаяся вокруг КБ Поликарпова на заводе № 156, не способствовала быстрому и качественному изготовлению деталей и узлов истребителя. Заместитель главного конструктора Д. Л. Томашевич писал в своих кратких воспоминаниях: «На заводе нас встретили в штыки, так что постройку самолета проводили с трудом».

Параллельно прорабатывался вариант И-180 с крупнокалиберными (12,7 мм) пулеметами, что должно было повысить мощь вооружения и соответственно боевую эффективность машины.

Широкое применение в Испании новых модификаций немецких истребителей «Мессершмитт» Bf-109C, сообщения разведки о ведущихся работах по установке на этом истребителе более мощных моторов DB-600 и DB-601 вызвали нервную реакцию у руководства наркомата и ВВС. Политическая обстановка в Европе накалялась. Аншлюс Австрии, угрозы фашистской Германии в адрес Чехословакии, концентрация японских войск у границ Приморья и Приамурья потребовали принятия мер по укреплению обороны страны. Было решено форсировать постройку И-180.

Руководство наркомата, по-видимому, не надеялось на успешную отработку мотора М-88. Возникла идея для подстраховки использовать новый, менее мощный, но более доведенный мотор завода № 19 — М-62. Несмотря на возражения Поликарпова, вопрос был оставлен открытым до завершения постройки и испытаний первого экземпляра И-180.

Осенью 1938 г. постройка И-180 вступила в завершающую фазу.