В апреле наконец-то были готовы три первых серийных И-18 °C (заводские номера 25211, 25212, 25213). Их показали на первомайском параде. Самолет имел максимальную скорость 585 км/ч. Летчик-испытатель СП. Супрун так оценил истребитель: "И-180 очень напоминает И-16 и значительно лучше И-28(5). Самолет нужно проверить и срочно запустить в серию".

20 мая Поликарпов направил докладную записку Шахурину, в которой сообщал, что при немедленном разворачивании серийного производства И-180 завод в 1940 г. может выпустить 100 машин, в том числе в сентябре — 10, в октябре — 20, в ноябре — 30, в декабре — 40. К январю 1941 г. темп выпуска может составить 100–120 истребителей в месяц. Николай Николаевич предложил из многих модификаций И-16 оставить в производстве только тип 29 и представил перечень мероприятий, направленных на обеспечение такой программы выпуска И-180.

В то же время (18 мая) завершился второй этап заводских испытаний И-180-3. В отличие от первых опытных машин по инициативе Поликарпова на этом самолете усилили вооружение: два 12,7 мм пулемета БС и два 7,62 мм ШКАС были собраны в одну батарею и впервые в мире монтировались на лафете, что упрощало сборку и эксплуатацию. Для регулировки теплового режима двигателя капот снабдили "юбкой". Конструкция И-180-3 была выполнена без уступок серийному заводу, с использованием прессованных профилей, штамповки, литья. Уже на первом этапе испытаний самолет показал хорошие результаты: скорость — 575 км/ч, время набора высоты 5000 м — 5,6 мин. "По маневру самолет очень близок к И-16, но более устойчив и лучше на виражах, посадке, — писал в отчете Ульяхин. — На скоростях менее 350 км/ч, до 160 км/ч, самолет не имеет тенденции к сваливанию в штопор… с отрегулированными триммерами, брошенным управлением сохраняет заданный режим полета. Продольная устойчивость при центровке 24 % САХ хорошая, поперечная устойчивость и устойчивость пути — хорошие".

Отмечались и недостатки: отсутствие фонаря кабины, плохая регулировка механизма уборки хвостового колеса, неудовлетворительная конструкция винта, некачественная отделка поверхности. Предполагалось, что после их устранения максимальная скорость достигнет 600 км/ч.

Вскоре на самолет установили фонарь, новый винт, увеличили поперечное “V” крыла. В таком виде истребитель передали на госиспытания в НИИ ВВС, которые проходили в целом успешно.

Однако 6 июля 1940 г. произошла серьезная авария. Летчик А.Г. Прошаков во время выполнения "бочки" допустил ошибку. Создав большую отрицательную перегрузку, он попал в перевернутый штопор, не смог опустить нос самолета (по словам летчика, "ручка пружинила") и покинул машину. После этого истребитель самостоятельно вошел в нормальный штопор с углом 60–70°

Ульяхин после беседы с Прошаковым и изучения всех обстоятельств на 5 страницах описал свои соображения и выводы по этой аварии: "…летчик Прошаков допустил ошибку в тех. пилотирования, и самолет И-180 выполнил обратную "бочку" или, другими словами, перевернутый скоростной штопор. Первое, что меня поразило при встрече с т. Прошаковым, это большие кровоподтеки глаз (белки были черно-красные), что является неопровержимым доказательством того, что летчик перенес отрицательную перегрузку". Подробно разобрав все действия Прошакова, Ульяхин считал решение покинуть самолет правильным, так как"… с таким кровоизлиянием глаз он не мог нормально произвести посадку… Я еще раз подтверждаю, что самолет не имеет никакой разницы в технике пилотирования с И-16 и поэтому не может быть с этой стороны дискредитирован".

Но беда не приходит одна. Из-за дефектов в эксплуатации был снят с производства двигатель М-88. 13 августа полеты на И-180 запретили и остановили его серийную постройку. Несмотря на это, в ОКБ продолжали совершенствовать истребитель, разработав, в частности, вариант с двумя турбокомпрессорами ТК-1.

Тем временем моторостроители срочно занялись доводкой М-88 (он устанавливался также на бомбардировщик ДБ-ЗФ), и вскоре были получены обнадеживающие результаты. Это позволило Поликарпову поставить вопрос о возобновлении серийной постройки И-180, и с октября 1940 г. по решению НКАП выпуск И-180 возобновился. К этому времени был изготовлен полный комплект технологической оснастки, обеспечивающей поточное производство.

"Работа по самолету И-180 начинает развертываться не только по войсковой серии, но и по первой и по второй сериям… Основным вопросом, тормозящим окончание и облет самолетов И-180, является вопрос с мотором М-88", — писал Поликарпов Яковлеву 3 ноября (двигатель прошел повторные госиспытания лишь в декабре 1940 г.).

Для выпуска массовой серии ОКБ разработало модификацию И-180-эталон 1941 г.(Е-5). Он отличался измененной конструкцией центроплана, перенесенным под кабину маслорадиатором, установкой радиостанции РСИ-4 и новым безредукторным мотором М-88А. Предусматривалась и более мощная модификация двигателя — М-89 в 1350 л. с (6) С ним максимальная скорость И-180 должна была достичь 650 км/ч.

И вдруг в конце 194Ц г. выходит решение о снятии И-180 с серийного производства! Основная причина, из многих субъективных, — недооценка истребителя с мотором воздушного охлаждения руководством НКАП. В предвоенных учебниках даже можно встретить утверждения, что при скоростях более 500 км/ч применение таких двигателей нецелесообразно.

"Это была, безусловно, ошибка наркомата, — писал в мемуарах Шахурин. — При выдаче заданий на проектирование самолетов перед войной чрезмерно увлеклись двигателями водяного охлаждения… Видимо, немецкий самолет Мессерш-митта с подобным двигателем у многих стоял перед глазами".

С октября 1940 г. завод № 21 начал подготовку к выпуску ЛаГГ-3 с совершенно иной технологией, к тому же недостаточно отработанной для массового производства. И тем не менее, в конце января 1941 г. первый серийный ЛаГГ-3 выкатили из цеха. Вспомним, что за 8 месяцев внедрения И-180 не было выпущено ни одного самолета. И это при том, что технологически И-180 подобен серийному И-16. В чем же дело? Неужели только в недооценке истребители с мотором воздушного охлаждения? А может быть в том, что наличие в серии И-180 открывало зеленую улицу новому истребителю Поликарпова И-185, построенному еще в мае 1940 г. и ожидавшему только новый мощный двигатель? Ведь если И-180 с мотором в 1100 л.с. показал скорость около 600 км/ч, то для аэродинамически более совершенного И-185 с силовой установкой в 1700–2000 л.с. расчетная скорость порядка 700 км/ч была вполне реальна.

А если так, то конкурентов у И-185 в обозримом будущем не предвиделось, и возникал бы вопрос, насколько и в каком количестве необходимы МиГ-3, ЛаГГ-3 и Як-1. Тем более, что если госиспытания МиГа и ЛаГГа проходили более-менее нормально, то с И-26 (Як-1) дело обстояло сложнее.

Много лет спустя ведущие инженеры НИИ ВВС И.Г. Рабкин и А.Т. Степанец в своих книгах "Время, люди, самолеты" (1985) и "Истребители Як в Великой Отечественной войне" (1992) рассказали о таких подробностях этих испытаний, которые иначе как трагикомическими не назовешь. И-26 взлетел раньше других опытных истребителей — 13 января 1940 г. Но машина была чрезвычайно сырой. Из-за постоянного перегрева масла и недостаточной прочности конструкции (на статиспытаниях разрушения начинались при 67 % расчетной нагрузки) замерить максимальную скорость и определить пилотажные характеристики было невозможно. Летчик-испытатель Ю.И. Пионтковский в 43-х полетах совершил 15 вынужденных посадок! Несмотря на столь тревожные симптомы, испытания продолжались, пока 27 апреля 1940 г. не произошла катастрофа. Предположительно, это случилось из-за разрушения обшивки центроплана, вызванного срывом шасси с замков.