Истребитель И-16 хорошо зарекомендовал себя в небе Испании. Интересно, что летавшие на нем летчики были едины во мнении, утверждая, будто машина эта подчиняется лишь тому, кто хорошо владеет техникой пилотирования, особенно на малых скоростях, малых высотах, при резких эволюциях, в отличие от самолетов И-15, которые, например, перед срывом в штопор покачивались с крыла на крыло, "клевали на нос". Достоинства И-16, по мнению вернувшихся из Испании летчиков, заключались, во-первых, в его меньших размерах по сравнению с немецкими и итальянскими самолетами. Это позволяло нашим летчикам первыми обнаруживать вражеские самолеты. Во-вторых, двигатель нашего истребителя - звездообразный, воздушного охлаждения - превосходил двигатель жидкостного охлаждения на истребителях противника, являлся надежным щитом для летчика при лобовых атаках и был более живучим, тогда как двигатель жидкостного охлаждения выходил из строя при первом же попадании в него. Однако, говоря об "ишачке" (И-16), побывавшие в Испании летчики хотели видеть этот полюбившийся им самолет еще более быстрым, самым мощным по вооружению, самым живучим и маневренным. В связи с этим они внесли предложение заменить на самолете И-16 механическую уборку шасси автоматической, а на И-15 установить убирающееся шасси. Было также предложено установить на всех машинах И-16 более мощный двигатель воздушного охлаждения, более мощное вооружение по образцу, который уже был в Испании, коллиматорный прицел, бронеспинку, радиостанцию в кислородное оборудование. Эти и другие предложения рассматривались на совещании с участием Н. Н. Поликарпова. В заключительном выступлении конструктор подтвердил необходимость улучшить летно-технические данные находившихся в серийном производстве самолетов. Как свидетельствовали события на реке Халхин-Гол, решение об улучшении летно-технических данных самолета было выполнено. Наркому обороны К. Е. Ворошилову было доложено мнение летчиков по вопросам совершенствования самолетов и их вооружения, а также по вопросам, касавшимся боевых порядков и выучки летчиков. В связи с этим была создана специальная группа под руководством начальника Главного штаба ВВС Аржепухина. Отправными материалами для ее деятельности служили первоисточники: дневники боевых действий, боевые донесения и т. д.
В начале 1938 г. был построен самолет "180", который, по свидетельству соратников Н. Н. Поликарпова, проектировался с учетом опыта воздушных боев в Испании и на Халхин-Голе при постоянной консультации с побывавшими там летчиками и инженерами. Однако самолет постигла неудача. 15 декабря 1938 г. В. П. Чкалов поднял машину в воздух. Пытаясь дотянуть до аэродрома, летчик пробовал увеличить обороты двигателя, но самолет упал на подходе к аэродрому. На последующих экземплярах самолета также произошли две аварии и даже катастрофа, и работы над ним были прекращены.
В 1940 г. в КБ Н. И. Поликарпова был построен истребитель И-185, имевший в качестве вооружения три пушки. Однако отсутствие достаточно мощного двигателя и ряд других обстоятельств (неполный объем испытаний и к тому же широко развернутое серийное производство других отечественных истребителей) не позволили принять решение о его серийном выпуске, хотя максимальная скорость этого самолета составляла 685 км/ч, что представлялось величиной весьма внушительной. Несколько самолетов этого типа использовались на Калининском фронте во время Великой Отечественной войны. Судьба истребителя осложнилась еще и тем, что в одном из полетов на нем погиб один из лучших летчиков-испытателей В. А. Степанчонок.
Говоря о последнем периоде конструкторской деятельности Н. Н. Поликарпова, следует упомянуть, что 20 февраля 1943 г. он представил в Государственный Комитет Обороны справку о данных нового самолета. Однако указанная в ней дальность, видимо, внушала сомнения. Можно сказать также, что, по свидетельству соратников, Поликарпов имел задание на создание самолета с реактивной силовой установкой, который именовался "малюткой".
В течение длительного периода Н. Н. Поликарпов был профессором кафедры самолетостроения Московского авиационного института. Им подготовлено много способных и талантливых инженеров, среди которых можно назвать дважды Героя Социалистического Труда известного конструктора ракет академика Михаила Кузьмича Янгеля, у которого Н. Н. Поликарпов был руководителем дипломного проекта.
Сложный жизненный путь прошел Николай Николаевич Поликарпов. В течение всей творческой деятельности его отличали организованность и требовательность. Конструктор новой авиационной техники всегда был сторонником широких, смелых решений: моноплан, убирающееся шасси, герметическая кабина, пушка, стреляющая через винт, и многие другие новшества пришли в отечественную авиацию благодаря ему. Как и все опытные конструкторы, создающие сложную современную технику, он работал в тесном контакте с летчиками-испытателями, часто встречался с летчиками, имевшими боевой опыт полетов на его самолетах.