Н.Н. Поликарпов с 1938 года работал над истребителем-монопланом И-180 с максимальной скоростью 600 км/ч, который должен был заменить в войсках И-16. Причем производить его предполагалось с поистине сталинским размахом. Как сообщает В.Б. Шавров, И-180 «проектировался и строился как массовый истребитель для тех полутораста тысяч летчиков, которые должны были быть выпущены в ближайшие годы согласно выдвинутому лозунгу».
Самолет и по схеме повторял прототип, что облегчало его освоение строевыми летчиками, но имел несколько большие размеры, мощность и значительно лучшие летно-технические качества. Технология также мало отличалась от И-16, что обещало безболезненное внедрение в производство. Однако машине (и конструктору) фатально не везло. В первом же испытательном полете 15 декабря 1938 года загадочно погиб шеф-пилот фирмы, вхожий в самые высокие кремлевские кабинеты, легендарный летчик Валерий Чкалов. Через четыре месяца на втором экземпляре истребителя разбился известный испытатель Томас Сузи. Никаких неисправностей не нашли, было высказано предположение, что пилот умер в воздухе от внезапной остановки сердца. Третий вариант с двигателем М-88Р мощностью 1000 л.с. был угроблен по вине летчика. Тем не менее И-180, по всем статьям превосходивший немецкий Bf-109E, в июле 1939 года решили запустить в серию на Горьковском заводе № 21. Самолет, весивший 2675 кг, с мотором М-88Р развивал максимальную скорость 585 км/ч, имел дальность полета 900 км, потолок свыше 110 000 м. Вооружение состояло из двух пулеметов ШКАС и двух крупнокалиберных пулеметов БС, собранных в одну батарею и стрелявших синхронно между верхними цилиндрами двигателя.