Jednocześnie, w dalszym ciągu dokonywano poprawek konstrukcji, głównie w zakresie systemu chłodzenia. 18 sierpnia 1940 samolot został zaprezentowany publicznie na święcie lotnictwa w Tuszyno. Po próbach fabrycznych, 12 września 1940 roku prototypy nr 2 i 3 ukończyły pomyślnie próby państwowe, jako jedyne z myśliwców nowej generacji przechodząc je za pierwszym podejściemŚwiadczy to w pewnym stopniu o dojrzałości konstrukcji Polikarpowa – z pozostałych nowych myśliwców, ŁaGG-3 wymagał poprawienia, a Jak-1 w ogóle nie zaliczył prób państwowych za pierwszym razem ().. Podczas tych prób prototyp osiągnął prędkość 628 km/h (przeliczoną na 636 km/h). Nakazano jednak poprawić w toku produkcji m.in. stateczność podłużną i poprzeczną samolotu oraz wzmocnić uzbrojenie.
2 października 1940 roku niespodziewanie Rada Komisarzy Ludowych ZSRR zażądała zwiększenia zasięgu wszystkich nowych myśliwców do 1000 km, za czym poszła odpowiednia dyrektywa NKAP nakazująca produkcję od grudnia zmodyfikowanych samolotów. Spowodowało to zmodyfikowanie konstrukcji I-200 przez umieszczenie dodatkowego zbiornika paliwa o pojemności 250 litrów pod kabiną pilota, co wymagało przesunięcia silnika o 10 cm do przodu i wydłużenia kadłuba dla zachowania wyważenia.