Получение высоких летных характеристик и, прежде всего, максимальной скорости полета 600 км/час новому истребителю должен был обеспечить уже упомянутый выше двигатель М-88. Этот перспективный двигатель воздушного охлаждения, выполненный в виде двухрядной четырнадцатицилиндровой звезды, на момент разработки И-180 в металле еще не существовал. Более того - моторный завод ориентировал свое изделие скорее для бомбардировщиков, нежели для истребителей. С редукцией 2/3 и частотой вращения 1600-1700 оборотов в минуту, М-88 был рассчитан под воздушный винт диаметром 3150-3200 мм. Для самолета-истребителя диаметр винта не должен был превышать 2800-2900 мм, обороты, соответственно, возрастали до 2100-2200 в минуту. Последнее означало, что мотористам следовало в короткий срок не только построить и обкатать двигатель, но и оснастить его новым редуктором. Понятно, что для этого требовалось время, и рассчитывать на М-88 в ближайшем будущем не стоило. Поэтому на первый опытный экземпляр было решено установить двигатель того же семейства М-87, обладавший при несколько меньшей мощности очень близкими габаритно-весовыми параметрами.
Эскизный проект нового самолета был готов до конца февраля 1938 года. К весне полным ходом велась разработка рабочего проекта. Проектирование И-180 велось бригадой, которой руководил Михаил ГУревич, чуть позже ведущим конструктором по самолету и заместителем Поликарпова был назначен Дмитрий Томашевич. Уже 10 апреля состоялась первая комиссия, которая осмотрела деревянный макет самолета в натуральную величину. Основным результатом стала положительная оценка проекта и появление жесткого правительственного срока готовности первой опытной машины к концу года.
Изготовление И-180 началось летом 1938 года в цехах авиазавода № 156. Хотя трудностей при изготовлении поначалу не виделось, тем не менее, они возникли. Сроки изготовления были заданы очень жесткие, при том, что на новом заводе предстояло обжиться и сработаться с коллективом. С постройкой торопили сверху, ходом работ интересовался лично Сталин. Этого было вполне достаточно, чтобы далее по нисходящей свой интерес в скорейшем окончании работ проявляло всевозможнейшее начальство всех рангов. Давили на директора завода Усачева, постоянно тормошили Поликарпова.
Необычного в такой спешке ничего не было - стремление уложиться в определенный срок, хотя бы и нереальный, являлось обычным делом в советской авиапромышленности. Считалось важным выполнить первый полет, отрапортовать наверх, а затем вести многомесячные работы по доделке и доводке машины. Так обстояло дело и с И-180. Когда первый опытный экземпляр вывезли на аэродром, общее количество дефектов, которые следовало устранить в ближайшее время, достигало тридцати пунктов. Кое-что устранили и доделали в течение первой декады месяца. Торопились, ибо существовала идея поднять самолет в воздух до конца года. Начальник 1 Главного управления Наркомата оборонной промышленности С. И. Беляйкин выступил с инициативой: "Встретим грядущий съезд партии трудовыми успехами - досрочно выпустим на летные испытания И-180". Поликарпов был против, так как считал, что опытная машина будет готова для проведения летных испытаний лишь в феврале 1939-го. Он даже отказался поставить свою подпись на акте готовности самолета к первому вылету. Как оказалось, не зря - 12 декабря во время первой пробежки сломалась одна из важнейших деталей управления двигателем - тяга нормального газа. Этот дефект устранили, однако многие другие остались. Не была до конца выполнена программа наземных испытаний, не были установлены лобовые жалюзи, регулирующие охлаждение двигателя воздушным потоком. Не смотря на это, 14 декабря был подписан акт готовности И-180 к первому вылету, в котором говорилось: "Дефекты … не могут служить препятствием для первого вылета… Самолет готов к первому вылету без уборки шасси, с ограничением перегрузок и скорости согласно указанию главного конструктора завода тов. Поликарпова Н. Н." Акт был подписан без Поликарпова - он, фактически, был устранен от участия в испытаниях самолета и мог лишь давать указания.