Śmierć Czkałowa miała fatalny skutek dla dalszej kariery Polikarpowa, który popadł w niełaskę u Stalina i tym samym zmniejszyła szanse jego konstrukcji na wejście do produkcji.
Drugi prototyp I-180-2, różniący się powiększoną rozpiętością 10,09 m zamiast 9 m i silnikiem M-87A, został oblatany 27 kwietnia 1939 oraz zademonstrowany na defiladzie pierwszomajowej. Następnie zamieniono w nim silnik na M-87B i wzmocniono konstrukcję skrzydła, która okazała się za słaba. 5 września 1939 jednakże prototyp rozbił się z niewyjaśnionych przyczyn; jego pilot Tomas Suzi opuścił wcześniej samolot, lecz jego spadochron zawiódł i poniósł on śmierć (podejrzewano, że opuszczenie samolotu mogło nastąpić z przyczyn związanych ze zdrowiem pilota).
Pomimo to, w 1940 prowadzono przygotowania do produkcji pierwszej serii samolotów I-180 w fabryce nr 21 w Gorki, produkującej wcześniej I-16. Przygotowania jednak szły bardzo wolno, bez większego zainteresowania ze strony władz. 10 lutego 1940 oblatano trzeci prototyp I-180-3 z docelowym silnikiem M-88R. Otrzymał on uzbrojenie z dwóch wkm BS 12,7 mm i dwóch km SzKAS 7,62 mm w kadłubie, na wspólnej lawecie nad silnikiem.