Одновременно велись активные работы по созданию пушечного и двухместного истребителей. Последним, предназначавшимся для сопровождения тяжелых бомбардировщиков, уделялось заметное место. При бипланной схеме существенной разницы в скоростях между одноместными и двухместными истребителями не было, в воздушном бою они считались практически равноценными, а наличие второго члена экипажа обеспечивало большую универсальность боевого применения машины как разведчика, легкого бомбардировщика или штурмовика. Однако ничего путного в этом классе создать не удалось. Проекты ДИ-3 и ДИ-4 были осуществлены в единичных экземплярах. В конце 1934 года бригадой С.А. Кочеригина и В.П. Яценко был выпущен двухместный полутораплан ДИ-6 с убирающимися шасси и двигателем М-25, развивавший 370 км/ч и вооруженный тремя пулеметами. Самолет обладал хорошей скоростью и маневренностью. В общем и целом он был неплох на момент создания. Но вряд ли стоило запускать его в серию в 1937 году сразу на трех заводах, чтобы в итоге произвести 220 морально устаревших машин. С переходом на монопланную свободнонесущую схему истребителя с убираемыми шасси двухместные одномоторные аппараты уже не могли конкурировать с одноместными и утратили свое значение.
Оригинальное решение проблемы предложил инженер В.С. Вахмистров. Суть идеи состояла в том, что свое «сопровождение», имевшее недостаточный радиус действия ввиду малого запаса топлива, тяжелые бомбардировщики должны были нести с собой. В 30-е годы Вахмистров под условным наименованием «Звено» разработал несколько летающих авианосцев – носителей истребителей – на базе ТБ-1 и ТБ-3. В различных вариантах «составного самолета» от двух до пяти одноместных истребителей типа И-5, И-Z, И-16 крепились на крыльях, фюзеляже и под ними. Взлет и полет происходили с работающими двигателями всех самолетов. У цели истребители отцеплялись и осуществляли прикрытие бомбардировщиков. Было также отработано соединение с самолетом-носителем прямо в воздухе. Наиболее удачным оказалось «Звено-6», появившееся в 1934 году, – ТБ-3 с двумя истребителями И-16 под крыльями. Работы над «Звеном» велись на протяжении семи лет. Было признано, что система вполне жизнеспособна, но в 1938 году финансирование темы, получившей прозвище «Цирк Вахмистрова», прекратили.