Конечно, необходимость создания боевого самолета в кратчайшие сроки не способствовала кропотливой работе над совершенствованием машин нетрадиционных схем. Отсутствие заинтересованности к проектам, в которых в качестве силовой установки предусматривалось использование моторов с воздушным охлаждением, также в значительной мере можно объяснить сложившимся к 1940 году, по выражению наркома авиационной промышленности А. Шахурина, «чрезмерным увлечением двигателями водяного охлаждения» руководства ВВС. В то же время в рамках конкурса был создан и ряд проектов под считавшийся наиболее многообещающим двигатель КБ Климова М-105 (являвшийся дальнейшим развитием М-100).
Одним из наиболее перспективных мог стать проект, разработанный заместителем Поликарпова, позже – главным конструктором авиазавода № 21 М. Пашининым. В конструкции самолета И-21 имелось много общего с И-16, что позволяло безболезненно перевести производство на новый тип. В то же время в целом это была машина нового поколения. Одной из главных особенностей проекта являлось крыло нового типа, обеспечивающее улучшение скоростных характеристик при пикировании. Пашинин одним из первых установил на своем истребителе каплевидный фонарь, улучшавший обзор задней полусферы и на большинстве как советских, так и зарубежных истребителей появившийся только в 1942/43 году. Вооружение должно было включать 20-мм или 23-мм пушку и два 7,62 -мм пулемета. Хотя заявленная конструктором расчетная скорость 680 км/ч оказалась существенно завышенной, тем не менее фактические показатели самолета оказались достаточно высокими – была достигнута скорость у земли 488 км/ч и более 570 км/ч на высоте, скороподъемность была равна 21 м/с.
Маневренность машины была не самой выдающейся (время виража составляло 25 сек.), но вполне приемлемой. При испытаниях самолет получил в целом положительную оценку. Отмечался ряд недостатков, таких как недостаточная продольная устойчивость и перегрев мотора, что было достаточно типично для большинства создаваемых прототипов и могло быть устранено при последующей доработке. Более серьезным замечанием стала относительная сложность производства крыла новой конструкции. В итоге, хотя создание И-21 проходило при всемерной поддержке руководства завода № 21 (даже в ущерб работе над внедрением в серию на этом же заводе поликарповского И-180), в октябре 1940 года был издан приказ Наркомата авиационной промышленности о переориентировании завода № 21 на выпуск истребителей ЛаГГ, а в начале декабря было принято решение о прекращении работ по И-21. Хотя испытания самолета велись еще до мая 1941 года, вопрос о серийном выпуске фактически уже не поднимался. Окончательный приговор машине по итогам испытаний был вынесен в июне 1941 г.: «Предъявленный самолет И-21, вследствие его недоведенности и наличия в серийной постройке образцов с аналогичными летно-тактическими данными, передавать на госиспытания нецелесообразно».