Самолет, как таковой, не был опорочен, и катастрофа не отразилась на выпуске третьего опытного экземпляра и внедрении самолета в серию.
И-180–3 — внешние формы самолета остались прежними, но двигатель был поставлен новый — М-88Р (с редуктором) в 1000 л. с., и соответственно изменилась форма его капота. От И-180–2 отличался конструкцией крыла. Полки лонжеронов (тавры) — из стали 30ХГСА, остальной материал крыла — дуралюмин. Нервюры — из угольников, клепка везде открытая. Полотно в обшивке рулей — по типу И-190. Шасси пирамидальное с пневматической уборкой. Вооружение: два пулемета ШКАС и два пулемета БС, собранных в одну батарею (впервые в мире) и стрелявших синхронно между верхними цилиндрами двигателя. Бомбовая нагрузка — 40 кг, в перегрузку — 200 кг. Первый полет был совершен 10 февраля 1940 г. Заводские испытания, проводимые летчиком-испытателем Е. Г. Уляхиным прошли в общем благополучно. Самолет развивал скорость до 575 км/ч.
Еще с августа 1939 г. было начато внедрение И-180 в серию. Правда на госиспытаниях самолет разбился, потому что летчик Прошаков, выполняя неправильно разворот, выбросился с парашютом и неуправляемая машина врезалась в землю. Постройка первой серии продолжалась. Было признано, что самолет в перегрузочном варианте может использоваться как штурмовик, а с подвесными баками — как истребитель сопровождения. Отмечалась лишь недостаточная местная прочность шасси с его механизмами.
И-180 серийный. Двигатель М-88Р, формы — как в И-180–3, но конструкция крыла снова была сделана по типу И-16 в уступку заводу. Силовая группа c вооружением была сделана отъемной на четырех точках. Серийная сборка была уже организована на потоке. Первые три самолета из серии в десять самолетов были выпущены в декабре 1939 г. и проходили серийные испытания. К 1 мая 1940 г. были выпущены все десять самолетов, а три из них были показаны на первомайском параде.
И-180Ш — серийный экземпляр И-180, но с изменением шасси, которое вместо пирамидального было сделано одностоечным, как и в других истребителях.