По требованию ВВС и наркомата Поликарпов дал задание повторить расчеты И-180.
11 января 1939 г. из наркомата оборонной промышленности был выделен наркомат авиационной промышленности СССР (НКАП), который возглавил М. М. Каганович.
Согласно приказу НКАП от 19 января 1939 г., второй экземпляр И-180 надлежало выпустить к 15 марта 1939 г. со сроком сдачи на испытания 15 мая, третий экземпляр — к 1 июня 1939 г. со сроком сдачи на госиспытания 1 августа. Эти планы остались на бумаге, так как вскоре Поликарпову предложили внести изменения в крыло И-180, повысив его несущие свойства.
В феврале 1939 г. был готов новый проект истребителя И-180 с крылом, размах которого увеличили на метр. Фюзеляж, оперение, оборудование по сравнению с предыдущим вариантом не изменялись. Однако неудовлетворительные характеристики надежности мотора М-88, выявленные на стендовых испытаниях, побудили наркомат дать указание об установке на машине более надежного, хотя и менее мощного мотора М-87А (960 л.с. на 4800 м). В заводской документации этот вариант обозначался как «заказ 336», а также как И-180-2 или Е-2.
29 марта 1939 г. вышло постановление Комитета Обороны при СНК СССР № 65сс «О самолете И-180», в котором говорилось:
Несмотря на то что постройка проводилась под бдительным оком НКВД, качество изготовления и сборки машины на заводе № 156 все так же оставалось низким: на металлической обшивке центроплана имелись «хлопуны», многие детали изготовлялись с предельными значениями допусков.
Пробежки по аэродрому начал Е. Г. Ульяхин, так как назначенного ранее ведущим летчиком- испытателем С. П. Супруна по приказу «сверху» не допускали к полетам. Он был вынужден написать письмо наркому обороны СССР маршалу К. Е. Ворошилову, в котором есть и такие строки:

После личного вмешательства К. Е. Ворошилова С. П. Супруна допустили к проведению испытаний И-180.
В середине апреля был издан приказ о переводе ОКБ Н. Н. Поликарпова с завода № 156 на завод № 1, и в связи с переездом проведение ряда работ пришлось прервать на несколько дней.
В апреле 1939 г. Николай Николаевич получил письмо из Новосибирска от главного конструктора завода № 153 им. В. П. Чкалова Сильванского (копия председателю техсовета НКАП Голяеву):
Это письмо автор привел для того, чтобы читатель прочувствовал особый «аромат» той эпохи. В нем к тому же имеется намек и на какую-то интригу: вряд ли молодой конструктор, только начинающий собственные разработки и получивший аванпроект и КБ от Поликарпова, решился бы на такое письмо до гибели Чкалова. Значит, слухи о гонениях на Поликарпова (прекращение финансирования опытных разработок и др.) докатились и до Новосибирска.
27 апреля 1939 г. летчик-испытатель С. П. Супрун поднял И-180-2 в воздух.
Летные испытания И-180 проходили без серьезных замечаний. Доверие к самолету было большим, и его решили показать во время парада над Красной площадью.
1 мая 1939 г. многие москвичи с восторгом наблюдали, как Супрун, сделав эффектную горку с перегрузкой над Красной площадью, с разворотом ушел за Москву-реку. Однако этот полет мог закончиться трагически: после посадки на обоих консолях была обнаружена ярко выраженная деформация обшивки по первому лонжерону и частично по носку крыла. Волнообразования начинались у конца консоли и нарастали к нервюре № 1. Деформация обшивки ослабила заклепки в центроплане и консолях. Две из них оказались вырванными, под остальными сработалась раззенковка обшивки, вследствие чего она стала отходить от силового набора. Собранная в экстренном порядке комиссия, в которую входили: от ОКБ — Ольховиков, Тростянский, Мазурин, Кургузов, летчик-испытатель Супрун, от завода № 156 — Комаленков, Коловеркин, Власов, от НИИ ВВС — начальник истребительного отдела Воеводин, военный инженер 2-го ранга Никашин, в специальном акте отметила, кроме вышеперечисленного, хлопуны на носке центроплана (с примечанием, что они существовали и ранее), другие деструктивные изменения конструкции. В заключительной части акта предлагалось прекратить испытания, созвать комиссию из специалистов для детального анализа последствий полета, форсировать статические испытания крыла.
Экземпляры акта направлялись в Первое главное (самолетное) управление НКАП, директору завода № 156 и в НКВД.
В объяснительной записке от 5 мая 1939 г. С. П. Супрун написал о том, как проходил этот полет: