Инженеры-серийщики горьковского завода №-21 И.Ф. Флоров и А.А. Боровков к работе над созданием оригинального истребителя бипланной схемы с неубирающимися шасси приступили еще в 1935 году. Задуманный самолет должен был обладать одновременно свойствами скоростных монопланов и маневренных бипланов. Для разрешения этих противоречивых требований остановились на схеме биплана с одинаковыми свободнонесущими крыльями традиционных стоек и расчалок. В качестве силовой установки использовали двигатель М-85. В итоге получился очень компактный — длина 6,34 м, размах крыла 6,98 м — аэродинамически чистый самолетик с сильно смещенной назад кабиной пилота. Вооружение предусматривалось из четырех пулеметов ШКАС. Прототип был допущен к государственным испытаниям в июне 1937 года, но разбился в первом же полете. Неожиданный успех поликарповского И-15 в Испании подогрел угасавший интерес военных к бипланам. По результатам расследования катастрофы арестовали директора и главного инженера завода, а конструкторам предложили продолжить работу на базе дирижаблестроительного завода №-207. Новый истребитель И-207 с двигателем М-62 вышел на испытания в июне 1939 года, но не показал никаких преимуществ в сравнении с серийным И-153. Вариант с убирающимися шасси и мотором М-63 — взлетный вес 1879 кг — на высоте 5000 м развивал скорость 486 км/ч, выполнял вираж за 17 секунд, однако в начале 1940 года эти показатели уже никого не впечатлили.
В.П. Яценко, один из старейших авиаконструкторов страны, ранее работавший в ОКБ Поликарпова, в апреле 1939 года вывел на испытания истребитель И-28 — деревянный низкоплан с небольшой обратной чайкой в соединении крыла с фюзеляжем — «это было началом курса на применение дерева в условиях дефицитности дуралюмина». Самолет строился под 18-цилиндровый двигатель М-90 мощностью 1700 л.с., что давало расчетную скорость 600 км/ч. Однако, ввиду отсутствия такового, установили М-87 в 950 «лошадей». С ним машина смогла развить 545 км/ч. Весьма мощным предполагалось вооружение: два 12,7-мм пулемета ШВАКи два пулемета ШКАС, либо пушка ШВАК и два пулемета БС. На госиспытаниях И-28 получил высокие оценки: «Из лучших истребителей, летает хорошо, в пилотировании очень приятен, плотно сидит в воздухе… в настоящее время является первым в СССР скоростным истребителем». Испытания продолжались, а самолет уже намеревались запустить в серийное производство: Саратовский завод №-292 получил указание прекратить постройку разведчика Р-10 и изготовить 30 экземпляров И-28 с двигателем М-88. Выпустить успели лишь пять, в июне 1940 года все работы по самолету прекратили — Яценко (не самолет) не выдержал конкуренции.
H.H. Поликарпове 1938 года работал над истребителем-монопланом И-180 с максимальной скоростью 600 км/ч, который должен был заменить в войсках И-16. Причем производить его предполагалось с поистине сталинским размахом. Как сообщает В.Б. Шавров, И-180 «проектировался и строился как массовый истребитель для тех полутораста тысяч летчиков, которые должны были быть выпущены в ближайшие годы согласно выдвинутому лозунгу».
Самолет и по схеме повторял прототип, что облегчало его освоение строевыми летчиками, но имел несколько большие размеры, мощность и значительно лучшие летно-технические качества. Технология также мало отличалась от И-16, что обещало безболезненное внедрение в производство. Однако машине (и конструктору) фатально не везло. В первом же испытательном полете 15 декабря 1938 года загадочно погиб шеф-пилот фирмы, вхожий в самые высокие кремлевские кабинеты, легендарный летчик Валерий Чкалов. Через четыре месяца на втором экземпляре истребителя разбился известный испытатель Томас Сузи. Никаких неисправностей не нашли, было высказано предположение, что пилот умер в воздухе от внезапной остановки сердца. Третий вариант с двигателем М-88Р мощностью 1000 л.с. был угроблен по вине летчика. Тем не менее И-180, по всем статьям превосходивший немецкий Bf-109E, в июле 1939 года решили запустить в серию на горьковском заводе №-21. Самолет, весивший 2675 кг, с мотором М-88Р развивал максимальную скорость 585 км/ч, имел дальность полета 900 км, потолок свыше 110 000 м. Вооружение состояло из двух пулеметов ШКАС и двух крупнокалиберных пулеметов БС, собранных в одну батарею и стрелявших синхронно между верхними цилиндрами двигателя.
К лету 1939 года H.H. Поликарпов составил проект высотного истребителя И-200 («К») под перспективный двигатель жидкостного охлаждения АМ-37 с расчетной скоростью около 700 км/ч на высоте 7000 м. Но, поскольку и микулинский мотор, и турбокомпрессоры, продолжали маячить в перспективе, осенью Николай Николаевич начал вычерчивать принципиально новый трехпушечный истребитель И-185 с двухрядной звездой гораздо большей мощности, при резком возрастании удельной нагрузки на крыло: «Конструкция была новой, очень технологичной и приспособленной для массового производства, без уступок традициям заводов».