В ходе госиспытаний на И-301 выполнили 42 полета. Конечно, машина была сырой — меняли покрышки колёс шасси, водорадиатор и карбюраторы устраняли течь в системе охлаждении мотора и утечки воздуха из пневмосистемы, но серьезных отказов, которые могли бы замедлить испытания, не было, В доработках активное участие принимала заводская бригада рабочих под руководством ведущего инженера П. Г. Питерина. Подобно И-26, И-30 госиспытания не прошел, но как И-26 по результатам госиспытаний И-301 рекомендовали к запуску в серию.
«Самолет И-301 конструкции инженеров Лавочкина, Горбунова, Гудкова был предъявлен на государственные испытания с недоведенным вооружением и не испытан на штопор, пикирование и высший пилотаж… На дублере (2-м экземпляре) должны быть сняты ограничения в скорости пикирования и устранены недостатки, выявленные госиспытаниями 1-го экземпляра.
Считать целесообразным построить серию самолетов И-301 в количестве 25–30 экземпляров для прохождения войсковых испытаний в 1940 г. и немедленно начать подготовку к серийной постройке самолетов… Считать необходимым просить народного комиссара авиационной промышленности Шахурина о повышении внимания со стороны НКАП в деле доводки, испытания и постройки самолета И-301.»
Недостатков по И-301 нашлось достаточно: жара в кабине, плохой обзор вперед и в стороны из-за некачественного остекления фонаря, перегрев воды и масла при наборе высоты (в отношении нагрева воды и масла И-301, все-таки, до И-26 было очень далеко), большие нагрузки на ручке от элеронов и руля высоты, недостаточная продольная устойчивость, предельные нагрузки на опоры шасси при взлете, замечания в отношении удобства эксплуатации истребителя на полевых аэродромах; «наличие отсутствия» посадочной фары и радиостанции.
Доработки по первому экземпляру завершили к 12 августа, машину в воздух опять поднял Никашин. К сожалению, Алексей Иванович поддался на уговоры представителей 301-го завода сэкономить день и полетел уже под вечер. Сам полет прошел успешно, но посадку пришлось выполнять против заходящего солнца; в этих условиях Никашин не смог правильно определить высоту на выравнивании — шасси не выдержало удара при грубой посадке, стойки основных опор пробили обшивку центроплана, узел крепления костыля также сломался. Поломка первого опытного экземпляра сорвала сроки предъявления истребителя на повторные госиспытания, но все же поломка — не катастрофа. В Химках удвоенными темпами велись работы по ремонту первого И-301 и постройке «дублера». К октябрю ожидалось, что обе машины будут готовы к полетам.
