Силовая установка включает V-образный 12-цилиндровый поршневой двигатель жидкостного охлаждения АМ-35А с приводным центробежным нагнетателем. Сжатие воздуха в улитке нагнетателя производится центробежным одноступенчатым компрессором, соединенным с коленчатым валом двигателя муфтой и редуктором. Воздух в нагнетатель поступает через два воздухозаборника в корневых частях носков центроплана. Двигатель оснащен автоматическим трехлопастным воздушным винтом изменяемого шага. На самолетах первых серий применяется винт ВИШ-61Ш, а с 27-й серии выпуска – винт АВ-5Л-ПО с уширенными лопастями либо ВИШ-105П. Между двигателем и воздушным винтом установлен редуктор с передаточным отношением 0,902 или 0,732. Двигатель закреплен на сварной из хромансилевых труб мотораме и закрыт капотом, верхняя и нижняя крышки которого выполнены легкосъемными. На бортах капота располагаются съемные тоннели маслорадиаторов. Радиатор системы охлаждения мотора находится под кабиной пилота. Водорадиатор – сотовый увеличенного сечения типа ОП-310. Запуск двигателя – воздушный от бортовой пневмосистемы. На незначительной части самолетов последних серий на втулке воздушного винта имеется храповик для запуска от аэродромного автостартера.
Топливная система самолета включает четыре бака общей емкостью 680 л – два фюзеляжных протектированных бака (передний на 110 л и задний на 250 л) и два непротектированных по 160 л в центроплане (между лонжероном и задней стенкой). С 14-й серии выпуска объем топливной системы уменьшен на 160 л (за счет заднего фюзеляжного и крыльевых баков). Под крылом могут подвешиваться два сбрасываемых непротектированных веретенообразных бака емкостью по 100 л. Заправка всех баков и слив топлива из них – раздельные. Топливо – бензин 4Б78. Баки по мере выработки горючего заполняются охлажденными выхлопными газами двигателя.
Система управления самолетом смешанного типа: элеронами и рулем высоты – жесткая, рулем направления – тросовая. К педалям присоединена также тяга управления дифференциалом тормозов правого и левого колес шасси.
Триммеры рулей отклоняются с помощью штурвалов, которые располагаются на правом борту кабины на общем кронштейне. Проводка управления триммерами – тросовая.
Управление щитками-закрылками пневматическое, посредством жестких тяг. Устанавливая штурвал регулировки в нужное положение и кран на выпуск, можно отклонять щитки с шагом 5°.
Воздушная система обеспечивает запуск двигателя, работу тормозов колес, выпуск и уборку шасси и щитков-закрылков, перезарядку крупнокалиберного пулемета. Рабочее давление в системе – 45 кгс/см². Пневмосистема включает баллон (давление зарядки – 50 кгс/см² ) и компрессор, который при работающем двигателе обеспечивает подзарядку системы до 30 кгс/см² .
Электросистема самолета постоянного тока напряжением 24 В. Источники электроэнергии – генератор ГС-350, установленный на двигателе, и аккумулятор 12А5. Электросеть двухпроводная, проводка алюминиевая в защитных рукавах. Система обеспечивает работу посадочной фары мощностью 200 Вт, которая установлена в носке левой консоли крыла, радиооборудования (на некоторых самолетах), аэронавигационных огней и световой сигнализации положения шасси, а также освещение кабины, подсвет приборной доски и компаса, обогрев трубки Пито и часов.
Приборное, навигационное и радиосвязное оборудование. Оборудование самолета обеспечивает его пилотирование и боевое применение днем и ночью в простых метеоусловиях.
Приборное оборудование включает высотомер, компас, авиагоризонт, указатели скорости и поворота, вариометр, моновакуумметр, бензиномер, тахометр, трехскоростной индикатор, указатели температуры воды и масла, двухстрелочный манометр, указатель режима работы регулятора постоянных оборотов, часы. Самолет комплектуется радиостанцией РСИ-3 (РСИ-4) либо только радиоприемником.
Высотное оборудование. На самолете установлен кислородный прибор КПА-3 и баллон емкостью 4 л, а у летчика имеется кислородная маска открытого типа.
Вооружение самолета. Стрелковое вооружение – два пулемета ШКАС калибром 7,62 мм с общим боезапасом 1600 патронов и один пулемет БС калибром 12,7 мм с боезапасом 300 патронов. Пулеметы установлены над мотором и оснащены синхронизаторами. Управление огнем – пневматическое с механическим дублированием. Перезарядка пулеметов ШКАС механическая, БС – пневматическая. Предусмотрена также подвеска под крылом двух контейнеров с несинхронным пулеметом БК калибром 12,7 мм. На некоторых самолетах последних серий установлены 2 пулемета БС и один ШКАС либо две пушки СП-20 калибром 20 мм.