Nowy samolot miał być wyposażony w silnik M-88 o mocy 1100 KM, lecz ponieważ jego wariant dla myśliwców, z innym reduktorem, nie był jeszcze gotowy, pierwszy prototyp otrzymał silnik M-87 o mocy 950 KM (według części publikacji, otrzymał M-88). Był on uzbrojony w 4 karabiny maszynowe 7,62 mm SzKAS.
Pomimo że prototyp nie ukończył jeszcze wszystkich testów naziemnych i nie wyeliminowano wszystkich usterek, władze domagały się jego oblatania najszybciej, jak to możliwe, zgodnie z wyznaczonym planem. Polikarpow sprzeciwiał się oblotowi samolotu dopóki nie osiągnie pełnej gotowości, przewidywanej na luty 1939, oraz odmówił podpisu pod aktem gotowości do oblotu, lecz nie mógł go powstrzymać. W rezultacie, prototyp odbył pierwszy lot 15 grudnia 1938, pilotowany przez słynnego pilota Walerego Czkałowa, lecz podczas podejścia do lądowania rozbił się, zabijając pilota. Główną przyczyną katastrofy było zgaśnięcie silnika z powodu jego przechłodzenia, na skutek braku zamontowanych żaluzji regulujących chłodzenie, a także brak odpowiedniego śmigła. Ta przypadkowa katastrofa spowodowała aresztowania konstruktora wiodącego I-180 Dmitrija Tomaszewicza i kilku innych osób z fabryki, a także naczelnika głównego zarządu Komisariatu Przemysłu Obronnego S. Bielakina, który bezpośrednio był odpowiedzialny za przyspieszenie oblotu.