Ключевым вопросом был мотор. Комитет обороны (КО) 25 мая 1939 г. издал Постановление № 226сс о создании двигателей М-107 и АМ-37 главными конструкторами заводов № 26 В.Я. Климовым и № 24 А.А. Микулиным. Мотор Климова должен был по боевой мощности превосходить АМ-37 на 250 л.с., отличался также меньшими миделем, расходом бензина и массой (на 38%). Однако он имел меньшую высотность, что не устраивало Поликарпова. Летом на совещании по плану опытного самолетостроения на 1940-41 гг. Микулин заверил собравшихся, и среди них Поликарпова, что опытный экземпляр АМ-37 он сделает за месяц и сразу сможет запустить его в серию, т.к. конструктивно тот мало отличается от освоенного в производстве АМ-35А. По расчетам, получалось, что новый двигатель будет обладать боевой мощностью 1400 л.с. на высоте 5800 м, что сулило истребителю развивать скорость около 650 км/ч. Однако с АМ-37 возникли сложности при компоновке вооружения. Первоначально предполагали разместить над мотором две пушки ШВАК, но места для них оказалось мало, и тогда решили поставить пару 7,62-мм пулеметов ШКАС и один БС-12,7. По опыту боев в Испании было предусмотрено использование перехватчика и в качестве штурмовика, для чего предназначались подвешиваемые под крыло 10 реактивных орудий РО-82 «Флейта» под реактивные снаряды РС-82 и 2 контейнера с 23-мм пушками или крупнокалиберными пулеметами. Можно было взять и 2 бомбы по 100 кг, кассеты мелких бомб или приборы ВАП-6М для отравляющих веществ. Для увеличения дальности полета предусмотрели использование подвесных топливных баков (ПТБ).
В октябре 1939 г. Поликарпов убыл в командировку в Германию. В ноябре руководство завода № 1 поставило вопрос о целесообразности продолжения выпуска морально устаревшего И-153. Но, кроме него, предприятие располагало заказом лишь на 242 ближних бомбардировщика «22» Яковлева, что не обеспечивало полной загрузки на 1940 г. Созвали комиссию, которую возглавил начальник производства завода Ю.Н. Карпов. Яковлев предложил свой истребитель И-26, но освоение его «изделия 22» шло с большими трудностями, и завод отказался от еще одного продукта ОКБ-115. Тогда член комиссии Карев сказал, что на предприятии проектируют самолеты, которые будут превосходить И-26, и директор завода П.А. Воронин потребовал вызвать работавших над И-61 Андрианова, Гуревича и Матюка. Хотя Поликарпов запретил в его отсутствие говорить кому бы то ни было об И-61, конструкторам пришлось рассказать все. Послушав, руководители предприятия добились выделения из состава ОКБ Поликарпова и серийного конструкторского отдела завода двух бригад, которые должны были в кратчайшие сроки завершить наиболее перспективные, по их мнению, истребители: высотный И-61 и «предельно скоростной» И-21. Проектирование И-21 взял на себя М.М. Пашинин, но кандидата на второе кресло главного конструктора пока не было. Да и сам статус новой структуры оставался весьма неопределенным: в документах мелькают разные наименования, в том числе «группа X», лучше всего характеризующая ее положение, скрывавшееся во мгле неизвестности.