В сентябре 1940 года Николай Поликарпов, возглавлявший ОКБ-51, начал работу над истребителем с пушкой калибра 37 мм. Универсальная крылатая машина должна была решать три основные боевые задачи: воздушный бой, поражение наземных целей и сопровождение бомбардировщиков.В качестве вооружения такого самолета конструктор предлагал использовать одну пушку Ш-37 с боекомплектом 50 патронов, а также два синхронных пулемета ШВАК с боекомплектом 2400 патронов.


В то же время акцент при проектировании истребителя был сделан не только на мощное вооружение, но и на большую дальность полета при высоких скоростных и маневренных качествах. В итоге, самолет по своим летным характеристикам должен был получиться близким к МиГ-1 и И-185, но при этом превосходить их в плане вооружения и дальности. По расчетам конструктора, универсальный истребитель должен был развивать максимальную скорость 535 км/ч на высоте 7400-6700 метров при скоростной дальности 1450 км.Уже в начале 1940 года начальник ВВС Рычагов обратился к Шахурину и Берии с просьбой начать эскизное проектирование современных истребителей с 37-мм пушками.В конце декабря Александр Яковлев и конструкторы завода №31 попытались найти способ установки пушки 37-мм Шпитального на истребителе Як-1. В ходе обсуждения проекта оказалось, что конструкцию самолета для данных целей придется серьезно изменить. Дело в том, что вес пушки Ш-37 с боекомплектом 50 патронов и двух пулеметов ШКАС с полным боекомплектом 2400 патронов, а также лафетом и амортизаторами силы отдачи в 3,2 раза превышал массу всего штатного вооружения Як-1. Избыток веса составлял примерно 243 кг. Но и это еще не все. Значительные габариты пушки Ш-37 требовали смещения кабины к хвосту самолета для сохранения центровки. Кроме того, из-за значительного увеличения веса требовалось усиление шасси и применения основных колес с пневматикой увеличенных размеров. Это влекло за собой не только перекомпоновку схемы шасси, но и усиление крыла, а также внесение радикальных изменений в его конструкцию. В итоге, Яковлев решил, что установка пушки на Як-1 нецелесообразна, и включил в план опытного самолетостроения на 1941 год разработку специального самолета с 37-мм пушкой.