На машине стояли два новейших по тем временам мотора М-105 с турбокомпрессорами ТК-2, включенными в силовую схему мотогондол, и винтами- автоматами ВИШ-42. Сам М-105 представлял собой продукт эволюции французского двигателя Испано-Сюиза 12Y, лицензию на который советское правительство приобрело в 1934 г. Его дальнейшим совершенствованием в СССР занималось конструкторское бюро завода № 26 в Рыбинске, руководимое В.Я. Климовым. Оно последовательно создало несколько типов моторов, сохранявших общую компоновку и основные конструктивные решения оригинала, но уже не имевшие прямых французских аналогов. Последним из запущенных в серию в довоенный период двигателей этого семейства как раз являлся М-105. На нем внедрили противовесы коленчатого вала,двухскоростной нагнетатель и трехклапанные головки. Все основные узлы значительно усилили.
Эти шаги позволили значительно форсировать мотор по степени сжатия, оборотам и наддуву. Однако в конце 1939 г. он был еще довольно "сырым" и его надежность оставляла желать много лучшего.
Для "сотки" подготовили небольшую серию М-105 с комбинированным наддувом. В некоторых документах их именуют М-105ТК. Первую ступень обеспечивали турбонагнетатели ТК-2 (по одному на блок), а вторую – приводной нагнетатель мотора. Турбины компрессоров размещались по бортам мотогондол под передней кромкой крыла. Выхлопных патрубков или коллекторов обычного для М-105 типа на гондолах не было.
Комфортные условия экипажу из трех человек создавали две гермокабины (автор – М.Н. Петров), снабжавшиеся сжатым воздухом от турбокомпрессоров и сохранявшие постоянным давление, начиная с высоты 3700 м и до предельного потолка 10 000 м. Десятикратный запас прочности обеспечивал безопасное выполнение любых фигур высшего пилотажа и пикирование на сверхмаксимальных скоростях.
Широко были применены электродистанционные агрегаты управления, разработанные А.А. Енгибаряном и И.М. Склянским (электрогидравлическая система уборки шасси, электропривод закрылков, створок водяных радиаторов, триммеров, регуляторов постоянных оборотов винта Р-3 и так далее). Предпочтение электромеханизмов традиционным тросам и тягам объяснялось, по- видимому, более простой герметизацией электроразъемов по сравнению с выводами деталей, совершающих вращательное или поступательное движение.
Самолет имел мощное наступательное вооружение, включавшее две 20-мм пушки ШВАК (боезапас по 300 снарядов на ствол) и два 7,62-мм пулемета ШКАС (по 900 патронов для каждого). Для защиты истребителя от атак с задней полусферы предусматривалась установка неподвижного пулемета ШКАС в хвостовом коке с боекомплектом из 700 патронов. На испытаниях "сотки", однако, эта установка отсутствовала.
Для использования в качестве истребителя-бомбардировщика на самолете предусмотрели возможность подвески на внешних держателях двух авиабомб калибра 250 кг или 500 кг вне площади, ометаемой винтами. Это обеспечивало безопасность бомбометания с пикирования под углами, близкими к отвесным. Кроме того, на самолете применили новый вид вооружения – кассету К-76 с 40 трехдюймовыми артиллерийскими (неоперенными) снарядами, которые собирались сбрасывать на строй бомбардировщиков противника. Подрыв снарядов производился с помощью дистанционных трубок. В другом, более позднем, варианте в кассеты К-100 укладывались 96 бомб весом по 2,5 кг. В то время бомбардировочное вооружение для поражения воздушных целей считалось довольно перспективным; над ним работали в Италии и Англии. В СССР с 1935 г. испытывались различные типы противосамолетных бомб.
Существует известное выражение, в соответствии с которым недостатки человека есть продолжение его достоинств. То же самое можно сказать и о самолетах. Когда 22 декабря П.М. Стефановский начал заводские испытания новой машины, стало ясно, что обилие нововведений не прошло даром для "сотки": перечень выявленных на испытаниях дефектов оказался поистине необъятным.
В первом же полете отказал правый мотор. Стефановский так описывал сложившуюся обстановку: "Лечу на одном моторе. Шасси, как всегда в первом полете, выпущено. Машина идет со снижением. Это еще больше усложняет пилотирование. Мало, ох как мало высоты. Впереди строго по курсу – крыша ангара, за ней, на технической площадке, всякое аэродромное оборудование, огромные деревянные козлы, на которые поднимают самолеты при проверке шасси. Туда и несет. Со скольжением на полном газу перетягиваю через крышу.
Самолет, как на ухабе, проседает, несется прямо на козлы. Сейчас последует столкновение, уже не отвернешь. Машина с небольшим парашютированием касается колесами земли и тут же делает гигантский прыжок вверх, за ним второй, третий и наконец останавливается. Двухметровый деревянный козел позади. Перескочили через него!"