Испытания в г.Новосибирске продолжал летчик-испытатель Н. В. Гаврилов. Вместо М. К. Янгеля, переведенного в Казань, ведущим по машине стал А. В. Потопалов. В ходе испытаний выявилась неудовлетворительная работа моторов АМ-37. В условиях военного времени ОКБ Микулина и моторостроительный завод №24 были полностью нацелены на разработку и производство моторов для штурмовиков С. В. Ильюшина и опытным моторам для истребителей и бомбардировщиков внимания уделялось недостаточно. На замену вышедших из строя АМ-37 уходили месяцы, испытания ТИС (А) затянулись — первый этап испытаний в ЛИИ НКАП закончился лишь в апреле 1942 г., а второй — в 1943 г.
Именно поэтому было принято решение переделать самолет под более доведенные моторы АМ-39. 29 октября 1943 г. Поликарпов направил в адрес Начальника 7 Главного управления НКАП С. Н. Шишкина и Главного инженера ВВС А. И. Репина эскизный проект самолета ТИС с двумя моторами АМ-39. В объяснительной записке цель работы формулировалась следующим образом:
«Модернизация самолета „ТИС“, спроектированного и построенного в 1940–41 г.г., но не окончившего до сих пор летных и даже заводских испытаний в следствии неудовлетворительной работы моторов АМ-37. В этом занятии нами затрачено около трех лет. Безуспешность работы с АМ-37 и отказ от доводки их конструктором Микулиным А. А. и мы решили поставить на „ТИС“ моторы М-39, работающие лучше, а в связи с этим мы одновременно и модернизируем самолет как в смысле аэродинамики, как и в боевом отношении. В аэродинамическом отношении облагорожены моторные гондолы, уменьшен их мидель, а водорадиаторы перенесены в консоли. В боевом отношении калибр переднего оружия увеличен: вместо четырех ШКАС, двух БС, двух ШВАК нами устанавливаются две ШВАК, две пушки Н-45 (имелись ввиду НС-45 — авт.
). Задняя установка со ШКАСа переведена на БС. Назначение самолета — ведение воздушного боя с легкими и тяжелыми истребителями и бомбардировщиками, охрана и сопровождение бомбардировщиков на дальние расстояния, борьба с танками, моторизованными соединениями, а также поддержка атак войск. Самолет может использоваться как ночной истребитель. В перегрузочном варианте самолет имеет возможность выполнять задачи ближнего пикирующего бомбардировщика».17 декабря 1943 г. эскизный проект ТИС 2АМ-39 был утвержден Заместителем Главного инженера ВВС Лапиным. Ответственным исполнителем был назначен помощник ведущего инженера, летчик-инженер-капитан Г. А. Седов (позднее Заместитель Генерального конструктора в ОКБ имени Микояна). В выводах по проекту, подписанных 1 декабря 1943 г. Начальником 3 отделения 3 отдела НИИ ВВС РККА инженер-полковником А. Г. Кочетковым, отмечалось, что:
«1) получение заявленных летных данных реально;
2) вооружение удовлетворяет;
3) не уступая по летным данным современным истребителям противника, имея мощное вооружение и большую дальность самолет может обеспечить надежное прикрытие бомбардировщиков при сопровождении или может вести эффективную борьбу с бомбардировщиками противника».
В Заключении, подписанным 12 декабря 1943 г. Начальником НИИ ВВС Лосюковым или Начальником 3 отдела НИИ ВВС КА инженер-полковником
Сафроновым отмечалось: