Вскоре к ним присоединился третий конструктор — М. И. Гудков. С разрешения наркома М. М. Кагановича группа обосновалась на заводе в Кунцеве, изготовлявшем самолётные винты и лыжи. Лидером образовавшегося триумвирата довольно быстро стал Лавочкин, с головой ушедший в работу. Облик будущего истребителя сформировался после получения чертежей пушечного мотора М-105П. В начале 1939 г. был готов предварительный проект машины. Одной из его основных «изюминок» являлось широкое применение уже упомянутой дельта-древесины.
Работая в наркомате, Лавочкину приходилось заниматься вопросами производства воздушных винтов. Они изготавливались из дерева или из алюминиевых сплавов. Но во второй половине 1930-х гг. появилась технология изготовления полуфабрикатов из склеенных и пропитанных бакелитовым лаком листов шпона. Подобный материал по прочности соответствовал обычной фанере, но отличался от неё влагостойкостью. Чуть позже специалисты завода «Карболит» усовершенствовали эту технологию. Пакет, собранный из шпона толщиной 0,5 мм и пропитанный бакелитовым лаком, прессовали при температуре 145–150° и давлении 1–1,1 кг/мм>2. Вот этот материал создатели и назвали дельта-древесиной. Такая уплотнённая древесина имела предел прочности 27 кг/мм>2, что более чем в два раза превышало этот показатель для сосны (11 кг/мм>2) и приближалось по прочности к супердюралю (этот алюминиевый сплав имел предел прочности 45 кг/мм>2). Кроме этого, новый материал отличался влагостойкостью и плохо воспламенялся.
Изучение свойств дельта-древесины привело авиаконструкторов к выводу о возможности использования её в конструкции нового истребителя. Это позволило бы сделать машину лёгкой и прочной, в минимальной степени применяя металл. В то время основным технологическим процессом на советских авиазаводах была деревообработка. Ощущалась острая нехватка легированных сталей, использовавшихся в ферменных конструкциях, алюминиевые сплавы тоже являлись дефицитом.
В плане опытного самолётостроения 1-го Главного управления НКАП, составленного в марте 1939 г., ОКБ-301 предписывалось разработать эскизный проект и построить макет пушечного истребителя деревянной конструкции с мотором М-105. Спустя четыре месяца, 29 августа, Комитет обороны СССР принял постановление «О проведении мероприятий по внедрению в серию новых и модернизированных истребителей, бомбардировщиков, штурмовиков, разведчиков, учебных и тренировочных самолётов и по строительству новых опытных типов». Истребитель Горбунова, Лавочкина и Гудкова очень удачно «вписывался» в этот документ, и в следующем постановлении, вышедшем в тот же день, уже прямо говорилось о создании самолёта И-301 (он же объект «К»).