На авиационном празднике в День Воздушного Флота 18 августа 1940 года над аэродромом Тушино а числе новых самолетов пролетел опытный скоростной истребитель И-21 (заводское обозначение ИП-21), созданный группой инженеров одного из самолетостроительных заводов под руководством М.M.Пашинина. Авиационные специалисты отметили чистые аэродинамические формы этого моноплана с убранными основными колесами шасси и хвостовым колесом, рациональную форму фонаря кабины летчика, обеспечивающую хороший обзор передней и задней полусферы. Этот истребитель разрабатывался под новый двигатель жидкостного охлаждения М-107 мощностью 1650 л.с. С ним по расчетам конструкторов максимальная скорость на высоте 7 тыс. м могла превысить 680 км/ч. Однако доводка М-107 задерживалась, и опытный экземпляр И-21 оснастили серийным двигателем М-105 мощностью 1050 л.с. По скорости, скороподъемности и вооружению И-21 и с мотором М-105 превосходил находившийся в это время на вооружении авиации фашистской Германии истребитель Ме-109. Помимо того горьковчане видели в своем самолете возможности для повышения его боевых качеств и стремились использовать эти возможности в последующих опытных экземплярах.

Конструкция низкоплана И-21 смешанная. Передняя часть фюзеляжа до кабины пилота представляла собой пространственную ферму из стальных труб, обшитую дюралевыми листами. Кабина пилота - закрытая с фонарем, имеющим хороший обзор назад. Правда, фонарь был не сдвижной назад, а открывался вправо. Этого недостатка конструкторы А.Яковлев и С.Лавочкин не допускали, применяя с 1942 года фонари такого типа на своих истребителях. Хвостовая часть фюзеляжа типа монокок выполнялась из деревянного шпона. Центроплан из хромансилевых труб имел несущую фанерную обшивку. Крыло И-21 профиля НАСА-0012 с щитками и закрылками трапециевидное в плане с закругленными концами. Консоли деревянные с работающей фанерной обшивкой.

Во время заводских испытаний первого экземпляра летчики П.Стефановский и С.Супрун отметили, что истребитель недостаточно устойчив в воздухе. Для устранения этого дефекта конструкторы на втором экземпляре применили крыло с небольшим углом стреловидности. Этот экземпляр истребителя показал себя более устойчивым. У земли его максимальная скорость полета достигала 488 км/ч, а на высоте 5 тыс. м - 573 км/ч. С учетом испытаний первых двух истребителей в январе 1941 года был построен третий опытный экземпляр И-21. Его крыло было с большей стреловидностью и прямоугольными концами. Вместо двух крыльевых, на нем под моторамой установили один серпообразный маслорадиатор. Была уменьшена высота водорадиатора. Вместо индивидуальных патрубков на двигателе поставили выхлопные коллекторы. Была несколько увеличена и площадь киля, бортовое вооружение истребителя состояло из мотор-пушки калибра 23 мм и двух синхронных пулеметов ШКАС.

Во время испытаний третий вариант И-21 показал скорость у земли 506 км/ч, а на высоте 4750 м более 580 км/ч. По сравнению с основным истребителем фашистской Германии Ме-109Е третий опытный экземпляр И-21 развивал у земли скорость большую, чем "мессершмитт" на 66 км/ч и на 34 км/ч большую на расчетном высоте. Лучше, чем у Me-109Е была и скороподъемность И-21. Хотя секундный залп бортового оружия И-21 и Ме-109 был по весу примерно одинаков, огневая мощь советского самолета оказалась большей, так как калибр пушки и начальная скорость снарядов и пуль были выше, а их рассеивание меньше. Третий экземпляр И-21 отличался хорошей устойчивостью и управляемостью, простотой пилотирования. Но посадка на нем была более сложной, чем на уже принятых в серийное производство истребителях Як-1 и ЛаГГ-3. Отдельные удачные конструктивные решения (капоты мотора, кок винта и др.), полученные при создании И-21, нашли применение на серийно выпускающихся самолетах с двигателями М-105 и М-105П.

Модификация	И-21
Размах крыла, м	9.40
Длина, м	8.29
Высота, м	3.24
Площадь крыла, м2	15.46
Масса, кг
пустого самолета	1210
взлетная	2670
Тип двигателя	1 ПД М-105П
Мощность, л.с.	1 х 1050
Максимальная скорость , км/ч
у земли	488
на высоте	573
Практическая дальность, км	760
Продолжительность полета, ч	2
Максимальная скороподъемность, м/мин	1260
Практический потолок, м	10600
Экипаж	1
Вооружение:	одна 23-мм пушка БТ-23 и два 7.62-мм пулемета ШКАС