1 июня 1940 года на госиспытания был представлен второй опытный образец, однако и на нем основные недостатки его предшественника устранены не были.
По воспоминаниям инженера НИИ ВВС И.Г. Рабкина, «никто в институте, вопреки существующим правилам, не видел ни эскизного проекта, ни макета самолета, не знакомился с ним в процессе постройки…Сложилась довольно оригинальная ситуация. Программа заводских испытаний по этой машине была выполнена на 65 процентов, самолет выдерживал чуть больше ⅔ нагрузки. Иными словами, он не обладал необходимой прочностью. На нем не были установлены генератор, приемно-передающая радиостанция, вариометр. Не были доведены системы маслоохлаждения, вооружения и уборки шасси. Тем не менее по приказу руководства ВВС самолет был все же принят на испытания».
Испытания носили достаточно странный характер. Поскольку из-за неудовлетворительного функционирования систем осуществлять полет на полных оборотах двигателя продолжительностью более 2,5–3 минут было невозможно, часть пунктов из программы испытаний была исключена, а часть характеристик снималась «поэтапно». Так, приходилось «…набор высоты (при определении максимальной скороподъемности) производить с перерывами после каждых двух-трех минут работы мотора на полных оборотах… чтобы определить значения максимальных горизонтальных скоростей… каждый замер делать вдвое быстрее, то есть затрачивать на него не более трех минут»
На основании подобных «полуполетов», как прозвали подобные манипуляции в институте, было вынесено заключение, что И-26 способен развить оговоренные техническим заданием 586 км/ч скорости и набирать высоту 5000 м за 6 минут. Однако самолет, неспособный не только энергично маневрировать, но и в принципе находиться в воздухе продолжительное время, не мог расцениваться как боевой и был признан не прошедшим госиспытания. Тем не менее еще до окончания испытаний уже в феврале 1940 года было вынесено постановление о постройке войсковой серии из 25 машин, а в мае этого же года о начале серийного выпуска. И это при том, что испытания удалось пройти только третьему прототипу уже в ноябре, причем с рядом оговорок. В заключительном акте приемной комиссией указывалось: «…недоведенность конструкции самолета (шасси, пневмосистема), винто-моторной группы (наличие перегрева масла, плохая работа карбюраторов в диапазоне оборотов 1600–1900), а также несоответствие спецоборудования тактико-техническим требованиям ВВС КА (отсутствуют радиооборудование, ночные посадочные средства, генератор, бензиномер, вариометр и др.) снижают летные, эксплуатационные и боевые качества самолета И-26…»