Первым стали строить фронтовой истребитель, но вместо М-106 на нем предусматривалось установить М-105П. Самолет имел исключительно мощное, по сравнению с одновременно проектировавшимися "одноклассниками", вооружение – 23-мм пушку конструкции Таубина в развале блоков цилиндров (боезапас 80 снарядов) и два крупнокалиберных пулемета БС (боезапас по 220 патронов на ствол), предусматривалась установка еще двух ШКАСов. Первый прототип И-301 (такое обозначение самолет получил по номеру завода) был готов к весне 1940 г.
Летчиком-испытателем на И-301 назначили Василия Андреевича Степан- ченка, однако ему не удалось поднять самолет в небо из-за недоразумения. Степанчонок, не зная в лицо только что назначенного зам. наркома авиационной промышленности П.А.Воронина, не сошелся с последним во взглядах на возможность полета в конкретных метеоусловиях. Свое мнение Василий Андреевич не постеснялся выразить, используя арсенал великого и могучего русского языка в полной мере. Естественно, последовал скандал, и Степанчонка с самолета убрали.
Первый вылет на И-301 с Центрального аэродрома совершил 28 марта 1940 г. летчик-испытатель Алексей Иванович Никашин. Дабы сэкономить время, в испытаниях принимали участие представители заказчика – НИИ ВВС. Назначенный руководителем бригады военных испытателей Михаил Иванович Таракановский приступил к изучению самолета еще летом 1939 г. Он принимал участие в оценке проекта И-301, работе макетной комиссии и вел наблюдение за ходом постройки прототипа. Первый полет прошел успешно, Никашин заявил, что не видит никаких препятствий к выполнению следующего. С 31 марта испытательные полеты пошли своей чередой с интервалом в один-два дня. Летных происшествий, подобных катастрофе И-26, с И-301 не было, однако отказы матчасти случались. В ходе заводских испытаний дважды пришлось менять мотор, трижды текла гидросистема; Никашин отметил чрезмерные нагрузки на органы управления, вместе с тем он оценил пилотажные качества истребителя как удовлетворительные, а самолет – доступным летчикам средней и ниже средней квалификации.
В конце апреля самолет начали готовить к первомайскому воздушному параду над Красной площадью. Отполированный "рояль" вишневого цвета (за превосходную внешнюю отделку И- 301 "роялем" прозвали механики) эффектно продемонстрировал 1 Мая Никашин. Заводские испытания закончили 12 апреля, и вскоре машину предъявили на государственные испытания, которые проводились в НИИ ВВС с 15 по 27 июня 1940 г. Ведущими летчиками на И-301 назначили – П.М.Стефановского и С.П.Супруна. Никашин ознакомил их с особенностями техники пилотирования и выпустил в первый полет. Погода полетам благоприятствовала, серьезных отказов матчасти не произошло, и уже через четыре дня Таракановский смог подвести предварительные итоги, в частности определить максимальную скорость горизонтального полета – получилось 585 км/ч. Начальник бригады испытателей рассчитывал получить больше. Сравнительный анализ полетов И-301 с уже испытанным яковлевским И-26 показал, что изделие из Химок при том же двигателе имеет меньшую границу высотности. Причину определили быстро, опять же путем сравнения: площадь входных отверстий всасывающих патрубков И-301 оказалась меньше, чем на И-26. Доложили Лавочкину – он дал согласие на проведение доработки, прислал рабочих и материалы для изготовления новых патрубков. За ночь машину доработали, а утром Супрун 40 минут гонял ее в небе на разных режимах. Приведенная к условиям стандартной атмосферы максимальная скорость теперь составила 605 км/ ч.
