В середине 1922 г., после подписания ряда торговых и экономических соглашений, из Германии стали поступать книги и статьи с результатами проводимых там в 1914–1921 гг. исследований по аэродинамике толстых профилей крыла. Немцам с помощью многочисленных экспериментальных и теоретических исследований удалось разработать удачные плоско-выпуклые и двояковыпуклые профили, обеспечивающие лучшие несущие характеристики и меньшее сопротивление, чем английские и французские. Срыв потока с верхней поверхности наступал на более высоких значениях углов атаки и развивался медленней. Все это сулило большую выгоду от использования таких профилей, повышало летные характеристики машин, упрощало пилотирование. Николай Николаевич с интересом ознакомился с полученными материалами. Они были для него как откровение. ЦАГИ ведь еще только разворачивал создание экспериментальной базы. Многое в немецкой трофейной и закупаемой авиационной технике становилось понятным. Новые научные идеи всегда оказывали стимулирующее воздействие на развитие авиации.

В декабре 1922 г. на заводе «Дукс» было образовано конструкторское бюро, что облегчило решение ряда организационных вопросов, важных для проектирования новых конструкций.

18 марта 1923 г. НТК ВВФ выпустил Технические требования к одноместным истребителям под моторы «Испано» (300 л.с.), «Либерти» (400 л.с.), «Нэпир» (420 л.с.), согласно которым максимальная горизонтальная скорость на высоте 2000 м должна быть равной 230–250 км/ч, время набора высоты 2000 м — 5,5–6,5 мин, продолжительность полета — 2,5 ч, потолок — 8000 м. Самолет должен быть вооружен двумя синхронными пулеметами. Отмечалась желательной установка еще одного пулемета на крыльях.

К этому времени Н. Н. Поликарпов уже завершил создание предварительного проекта истребителя-биплана, близкого по схеме к самолету-разведчику Р-1 с мотором «Либерти». Он представлял собой как бы уменьшенный в размерах Р-1. По-видимому, преследовалась цель в максимальной степени унифицировать Р-1 и новый истребитель, что должно было значительно упростить и удешевить производство. Работы над предварительным проектом истребителя-моноплана продолжались.

Однако 6 февраля 1923 г. Н. Н. Поликарпов был освобожден от исполнения обязанностей начальника технического отдела ГАЗ № 1 и переведен на должность ответственного конструктора и одновременно заместителя начальника Конструкторской части Главкоавиа вместо Д. П. Григоровича, который назначался техническим директором завода.

Грустный штрих той эпохи: как ответственному работнику, Поликарпову выделили специальный билет на право пользования лифтом в здании Главкоавиа.

Николай Николаевич, вступив в должность, должен был заняться выполнением не реализованных Д. П. Григоровичем пунктов технического задания конструкторской части, главное из которых — разработка нового истребителя.

Н. Н. Поликарпов перевез в Главкоавиа все предварительные проекты истребителей. Для их разработки требовалось выполнить уточненные расчеты, спроектировать основные узлы и агрегаты. Проект моноплана, который сам Н. Н. Поликарпов считал более перспективным, не встретил поддержки у начальника конструкторской части Гончарова, утвердившего в качестве основного направления деятельности создание истребителя-биплана.

Николай Николаевич в служебное время вынужден был заниматься лишь этим проектом, уделяя свободные вечера моноплану.

В середине марта 1923 г. ему удалось собрать и объединить коллектив единомышленников, считавших, как и он, схему истребителя-моноплана прогрессивной. Все они, днем работая на разных предприятиях, вечером собирались на квартире у Николая Николаевича и в инициативном порядке занимались созданием новой машины, положив в основу предварительный проект Н. Н. Поликарпова. Обязанности между конструкторами распределились следующим образом. Расчеты выполняли инженеры, имеющие высшее образование. Специалисты со средним образованием разрабатывали конструкцию узлов, всю необходимую чертежную и технологическую документацию.

Сам Николай Николаевич вел общий аэродинамический расчет самолета, рассчитывал крылья и оперение, разрабатывал конструкцию крыльев. И. М. Косткин проводил расчеты фюзеляжа и шасси, разрабатывал конструкцию фюзеляжа и управления. В. А. Тисов занимался конструкцией радиатора, Н. П. Тряпицын — хвостовым оперением, И. Д. Тряпичников — баками, В. Я. Яковлев — рамами (шпангоутами) фюзеляжа. Проверочные расчеты вел исполнительный и педантичный В. Д. Яровицкий. Несколько позже к коллективу присоединились А. А. Попов, А. А. Саввиных. И. И. Барановский, Ю. Г. Музалевский.

«Работа страшно захватила нас», — вспоминал Николай Николаевич.

Темпы создания самолета были довольно высокими, по времени опережавшие выполняемые Поликарповым в Главкоавиа работы по истребителю-биплану.

Проект получил обозначение ИЛ-400а, что расшифровывалось так: «истребитель с мотором «Либерти» мощностью 400 л.с.». Буква «а» — вариант «а» — требует особого пояснения. Кроме разработки основного, базового истребителя (ИЛ-400а), параллельно проводилось проектирование еще одного самолета с несколько измененной аэродинамикой (ИЛ-400б). В нем нижняя часть фюзеляжа (от мотора до кабины) и центроплана покрывалась тонкой броней. Вместо лобового радиатора устанавливался сотовый, втягиваемый внутрь фюзеляжа. Основное назначение машины — одноместный истребитель-штурмовик («боевик», по терминологии тех лет). Предполагалось, что он будет строиться после завершения испытаний первого экземпляра.

В процессе проектирования ИЛ-400а (другие обозначения: ИЛ, ИЛ-1, ИЛ1) приходилось решать ряд проблем, связанных с обеспечением устойчивости машины. Многих используемых теперь методик расчетов вообще не существовало, их обоснование началось именно в те годы в различных научных коллективах и школах. В ЦАГИ — головном институте авиапромышленности — еще только приступили к созданию современной научно-экспериментальной базы. Поэтому Николай Николаевич придумал следующий способ проверки выбора центровки, динамических характеристик устойчивости, аэродинамического качества. По его указанию была выполнена летающая модель самолета в масштабе 1/5 натуральной величины, массы основных частей которой (крыло, фюзеляж, оперение) сделаны пропорциональными соответствующим массам ИЛ-400а. В. А. Тисов запускал ее с одной из башен Петровского дворца (в котором долгие годы находилась Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского) во внутренний полуциркульный двор. Меняя центровку, удалось добиться устойчивого полета модели, а по измерению угла планирования — оценить аэродинамическое качество. На испытаниях присутствовали Н. Н. Поликарпов, другие члены конструкторского коллектива.

Свободнонесущее крыло толстого профиля (20 % у корня и 15 % на концах) обеспечивало необходимую жесткость, прочность без применения подкосов и внешних расчалок и создавало значительную подъемную силу при нулевом угле атаки на режиме минимальной скорости. По этой причине оно было установлено под отрицательным углом.

С помощью специального штурвала можно было переставлять стабилизатор, что должно было облегчить пилотирование самолета в широком диапазоне центровок.

Вооружение состояло из 2 синхронных пулеметов. Самолет при полетном весе 1300 кг должен развивать максимальную скорость у земли 272 км/ч, на высоте 2000 м — 263 км/ч и набирать высоту 3000 м за 5,98 мин. Потолок — 7400 м. Посадочная скорость — 100 км/ч.

В марте 1923 г., узнав о работе группы Поликарпова, технический директор ГАЗ № 1 Д. П. Григорович вызвал к себе в кабинет инженеров В. Л. Моисеенко и В. В. Калинина и предложил им немедленно заняться проектированием истребителя-биплана. За одну ночь Григорович с Калининым обосновали общую схему самолета и на следующий день передали ее для проведения аэродинамических расчетов В. Л. Моисеенко. Еще через день испеченный на скорую руку предварительный проект был отправлен на рассмотрение в Главкоавиа для получения разрешения на более детальную проработку. Дальнейшее проектирование истребителя, получившего обозначение И-1 (использовалось также обозначение И 1), проводилось быстро. При этом техническими требованиями не руководствовались, а стремились лишь к тому, чтобы наиболее рационально использовать мотор «Либерти». Ожидаемая (с довольно большой долей оптимизма) максимальная скорость у земли равнялась 260 км/ч. В мае началась постройка машины.