Переднюю кромку крыла усилили с 5 до 8 мм, увеличили толщину обшивки верхней поверхности крыла с 2,5 до 3 мм в районе переднего лонжерона.
Заводские испытания начались 14 апреля 1940 года. Состоялся 31 полет. 26 мая второй прототип передали на государственные испытания. Однако в НИИ ВВС отказались принять машину. Причина была простая — самолет, по-прежнему, был сыроват. Кроме того, обязательную программу заводских испытаний выполнили лишь на 65 %. Однако комиссия наркомата авиационной промышленности утвердила передачу самолета на государственные испытания, определив, что характеристики машины в целом соответствуют техническому заданию.
Впрочем, многочисленные технические недостатки не могли скрыть основного достоинства самолета — его хороших летных качеств. Второй прототип показал максимальную скорость 595 км/ч.
Начало государственных испытаний должно было ускорить доводку машины, а также позволило определить годность самолета к использованию в линейных полках. Испытания начались 1 июня 1940 года и длились до 15 июня. Было проведено 52 полета общей продолжительностью 21 час 11 минут. Летные характеристики самолета были определены так: скорость у земли 490 км/ч, максимальная скорость 585,5 км/ч, время набора 5000 метров -6 минут, практический потолок 10 200 метров, дальность полета 700 км. Время выполнения виража на высоте 1000 метров — 24 секунды. При боевом развороте на высоте 1000 метров, самолет дополнительно набирал 800 метров высоты. Летчики-испытатели подтвердили, что машину могут пилотировать летчики линейных полков, имеющие среднюю квалификацию. Однако государственных испытаний самолет не прошел: было выявлено 123 недостатка, обязательных к устранению.
Другие прототипы: И-30-I и И-200 — также не прошли государственных испытаний.
25 января 1940 года началась сборка третьего прототипа: И-26-1П, которая растянулась до 17 сентября. Столь долгий срок сборки машины объяснялся, во-первых, перегруженностью конструкторского коллектива работами над первыми двумя прототипами, и, во-вторых, желанием устранить в третьей машине все недостатки, выявленные в двух первых.
Третий прототип оказался заметно лучше своих предшественников. Прежде всего он имел более прочный планер. Прочность передней кромки крыла достигла 107 %. Чтобы шасси можно было убирать на скорости 220 км/ч, давление в пневмоприводе подняли с 40 до 50 атмосфер. Испытания первых двух прототипов показали, что стреляные пулеметные гильзы и пушечная лента бьются о хвостовое оперение, этот недостаток был устранен. Одновременно боекомплект увеличили с 120 до 135 снарядов к пушке и с 380 до 750 патронов на ствол пулемета.
