Тем временем в Москве построили третий опытный экземпляр — И-180-3(Е-3), и 10 февраля 1940 г. летчик Е. Ульяхин поднял его в воздух. Начался первый этап заводских испытаний этой машины, который продолжался до 8 апреля.
В апреле наконец-то были готовы три первых серийных И-18 °C (заводские номера 25211, 25212, 25213). Их показали на первомайском параде. Самолет имел максимальную скорость 585 км/ч. Летчик-испытатель СП. Супрун так оценил истребитель: "И-180 очень напоминает И-16 и значительно лучше И-28(5). Самолет нужно проверить и срочно запустить в серию".
20 мая Поликарпов направил докладную записку Шахурину, в которой сообщал, что при немедленном разворачивании серийного производства И-180 завод в 1940 г. может выпустить 100 машин, в том числе в сентябре — 10, в октябре — 20, в ноябре — 30, в декабре — 40. К январю 1941 г. темп выпуска может составить 100–120 истребителей в месяц. Николай Николаевич предложил из многих модификаций И-16 оставить в производстве только тип 29 и представил перечень мероприятий, направленных на обеспечение такой программы выпуска И-180.
В то же время (18 мая) завершился второй этап заводских испытаний И-180-3. В отличие от первых опытных машин по инициативе Поликарпова на этом самолете усилили вооружение: два 12,7 мм пулемета БС и два 7,62 мм ШКАС были собраны в одну батарею и впервые в мире монтировались на лафете, что упрощало сборку и эксплуатацию. Для регулировки теплового режима двигателя капот снабдили "юбкой". Конструкция И-180-3 была выполнена без уступок серийному заводу, с использованием прессованных профилей, штамповки, литья. Уже на первом этапе испытаний самолет показал хорошие результаты: скорость — 575 км/ч, время набора высоты 5000 м — 5,6 мин. "По маневру самолет очень близок к И-16, но более устойчив и лучше на виражах, посадке, — писал в отчете Ульяхин. — На скоростях менее 350 км/ч, до 160 км/ч, самолет не имеет тенденции к сваливанию в штопор… с отрегулированными триммерами, брошенным управлением сохраняет заданный режим полета. Продольная устойчивость при центровке 24 % САХ хорошая, поперечная устойчивость и устойчивость пути — хорошие".
Отмечались и недостатки: отсутствие фонаря кабины, плохая регулировка механизма уборки хвостового колеса, неудовлетворительная конструкция винта, некачественная отделка поверхности. Предполагалось, что после их устранения максимальная скорость достигнет 600 км/ч.
Вскоре на самолет установили фонарь, новый винт, увеличили поперечное “V” крыла. В таком виде истребитель передали на госиспытания в НИИ ВВС, которые проходили в целом успешно.
