В этот же период был создан и ряд проектов тяжелых двухмоторных истребителей.
Прототип тяжелого бронированного истребителя ОКО-6, созданный бывшим заместителем Поликарпова начальником Отдельного конструкторского бюро (ОКО) киевского авиазавода № 43 В.К. Таировым, поднялся в воздух в начале 1940 года.
Сравнительно небольшой для своего класса одноместный самолет со взлетной массой 6,6 т был оснащен двумя двигателями М-88, что позволяло развивать скорость более 560 км/ч. При этом самолет оказался достаточно маневренным – время выполнения виража равнялось 20,7 сек., что было лучше, чем, например, у ЛаГГа. Второй опытный образец ОКО-6бис, или Та-1, отличавшийся наличием разнесенного оперения, испытания которого проходили с конца октября, развил скорость до 575 км/ч, а на высоте 7000 м – 595 км/ч. Но 14 января 1941 года самолет был потерян в аварии.
25 января 1941 года вышло постановление СНК СССР, согласно которому Таиров обязывался предъявить на государственные испытания самолет Та-3 в двух вариантах: с моторами М-89 и М-90.
При этом машина имела серьезную защиту летчика – 8-мм бронеплиту спереди, бронеспинку толщиной 13 мм и 5-мм стальную плиту снизу, кроме того, устанавливалось 45-мм бронестекло. Более чем мощным было и вооружение, включавшее четыре 20-мм пушки ШВАК и два пулемета, на втором экземпляре Та-3 предполагалось установить одну пушку калибра 37 мм и две пушки калибра 23 мм, что позволяло бы использовать самолет в качестве штурмовика для уничтожения легкобронированных целей. Однако 29 октября 1941 года Таиров погиб в авиакатастрофе. Несмотря на в целом благоприятное отношение к проекту, работы по самолету после смерти главного конструктора замедлились, а в конце 1942 года КБ было расформировано. Таким образом, хотя самолет ОКО прошел длительный цикл испытаний и получил достаточно высокие оценки, крайне полезный самолет, способный уже в 1942 году бороться с бронетехникой противника, ВВС РККА так и не получили.
Еще один достаточно перспективный самолет был создан главным конструктором ОКБ харьковского авиационного завода № 135 П.Д. Грушиным. Одноместный истребитель дальнего сопровождения ИДС (или Гр-1) представлял собой самолет металлической конструкции с двумя двигателями АМ-37, имел бронирование кабины и нес две пушки ШВАК и четыре пулемета ШКАС (возможна была также установка подфюзеляжной гондолы с парой 37-мм пушек). Скорость самолета должна была достигать 650 км/ч, потолок 11,7 тыс. м. Летные испытания машины были начаты весной 1941 года, но позже при эвакуации в результате бомбежки была утеряна документация по проекту, а сам самолет был поврежден. Более к его возобновлению не возвращались, а Петр Грушин продолжил работу в качестве главного инженера завода № 21.