Предполагалась также и более совершенная, передовая для 1938 г. конструкция Н.Н.Поликарпова — с широким применением прессованных профилей, литья и штамповки. Исходя из этих соображений и проектировался И-180 с двигателем М-88. Однако в уступку серийному заводу была принята привычная для него смешанная конструкция типа И-16, к 1938 г. уже во многом устаревшая. Следует выделить следующие варианты самолета И-180: И-180–1; И-180–2; И-180–3; И-180Ш.
Конструкция И-180–1 — по типу И-16, смешанная. Фюзеляж — деревянный монокок. Крыло с трубчатыми лонжеронами и нервюрами из дуралюминовых профилей, носок крыла дуралюминовый и к нему приклепана тесьма, за которой шла полотняная обшивка. Оперение дуралюминовое, обшивка рулей и элеронов — полотно. Шасси трехстоечное пирамидальное, уборка его пневматическая. Баки сварные из АМц, протектированные. ВИШ трехлопастный, диаметр капота двигателя М-88–1310 мм, длина его — 1260 мм. Вооружение — 4 пулемета ШКАС синхронных, бомб 40 кг, в перегрузку до 200 кг. Самолет строился в 1938 г. и был вывезен на Центральный аэродром. На первом же вылете 15 декабря 1938 г. он разбился. Погиб известный летчик-испытатель В.П.Чкалов. Причиной аварии была остановка двигателя. В этот день был мороз 24 градуса. При снижении самолета на малых оборотах переохлажденный двигатель заглох. В.П.Чкалову не хватило нескольких метров высоты, чтобы достичь аэродрома.
И-180–2 — измененный вариант предыдущего самолета, сперва устанавливался двигатель М-87А, затем М-87Б, конструкция несколько модернизирована, размах и площадь крыла немного увеличены, учтен опыт первого самолета. Вооружение прежнее. Первый полет совершил летчик Е.Г.Уляхин 19 апреля 1939 г., а уже 1 мая того же года летчик С.П.Супрун участвовал на самолете И-180–2 в воздушном параде над Москвой. При дальнейших испытаниях, которые проводил Т. П. Сузи, в 53 полете (с заданием — полет на потолок) 5 сентября 1939 г. самолет потерпел катастрофу и летчик погиб. По заключению аварийной комиссии причиной катастрофы явилось ослепление летчика горячим маслом вследствие разрушения подкапотного маслорадиатора.