Заметным отличием И-180 стало крыло с передней кромкой без стреловидности в плане. Насколько известно, такую конфигурацию крыла Поликарпов предложил еще в 1937 г., пытаясь совместить И-16 и двигатель М-88. В избранном варианте достигалось перемещение вперед значений средней аэродинамической хорды (САХ), что позволяло при более тяжелом двигателе оставаться в прежнем диапазоне центровок, почти не увеличивать длину самолета, оставить неизменным значение плеча горизонтального оперения. В теории такое крыло имело небольшую обратную стреловидность по четверти хорд, поэтому ожидались и другие положительные качества - например, улучшение поведения самолета на режимах срыва.
Получение высоких летных характеристик и прежде всего максимальной скорости полета 600 км/ч новому истребителю должен был обеспечить уже упомянутый двигатель М-88. Этот перспективный двигатель воздушного охлаждения, выполненный в виде двухрядной четырнадцати-цилиндровой звезды, на момент разработки И-180 в металле еще не существовал. Более того, моторный завод № 29 ориентировал свое изделие скорее для бомбардировщиков, нежели для истребителей. С редукцией 2/3, с частотой вращения 1600-1700 оборотов в минуту, М-88 был рассчитан под воздушный винт диаметром 3150-3200 мм. Для небольшого самолета-истребителя диаметр винта не должен был превышать 2900-3000 мм, обороты, соответственно, возрастали до 2100-2200 в минуту. Последнее означало, что мотористам следовало в короткий срок не только построить и испытать двигатель, но и оснастить его новым редуктором. Понятно, что для этого требовалось время, и рассчитывать на М-88 в ближайшее время не стоило. Поэтому на первый опытный экземпляр решили установить двигатель того же семейства М-87, обладающий при несколько меньшей мощности очень близкими габаритно-весовыми параметрами.
Планер самолета И-180, полностью соответствующий первому опытному экземпляру (крыло размахом 9,0 м с полотняной обшивкой) входе статических испытаний в ЦЛГИ весной 1939 г.
Эскизный проект нового самолета был готов в феврале 1938 г. К весне полным ходом велась разработка рабочего проекта. Проектирование И-180 велось бригадой, которой руководил Михаил Гуревич, чуть позже ведущим конструктором по самолету и заместителем Поликарпова назначили Дмитрия Томашевича. Уже 10 апреля состоялась первая комиссия, которая осмотрела выстроенный из дерева макет самолета в натуральную величину. Основным результатом стала положительная оценка проекта и появление жесткого правительственного срока готовности первой опытной машины - «к концу года».
Изготовление И-180 началось летом 1938 г. в цехах авиазавода № 156. Хотя трудностей при изготовлении поначалу не предвиделось, тем не менее они нашлись. Сроки изготовления задали сжатые, при том, что на новом заводе поликарповскому коллективу предстояло обжиться и сработаться со старожилами ЦАГИ. С постройкой торопили сверху, ходом работ интересовался лично И.В. Сталин. Этого было вполне достаточно, чтобы далее, по нисходящей, свой интерес в скорейшем окончании работ проявляло всевозможнейшее начальство всех рангов. Откровенно давили на директора завода Усачева, постоянно торопили Поликарпова.
Необычного в такой спешке ничего не было, стремление уложиться в определенный срок, хотя бы и нереальный, являлось обычным делом в советской авиапромышленности. Главной задачей считалось выполнение первого полета, после которого можно было вести многомесячные работы по доделке и доводке машины. Так дело обстояло и с И-180.
Когда первый опытный экземпляр в начале декабря 1938 г. вывезли на аэродром, обшее количество дефектов, которые следовало исправить в ближайшее время, достигало тридцати пунктов. Кое-что устранили и доделали в течение первой декады месяца. Торопились, ибо существовала надежда поднять самолет в воздух до конца года.
Летчик-испытатель Валерий Павлович Чкалов.