С вооружением дело тоже долго не ладилось. Штурмовка наземных целей была невозможна без мощного и надежного бортового вооружения. Между тем 20-мм пушки ШВАК, мягко говоря, не отличались особой надежностью. Только в течение 1938 г. в их конструкцию внесли около 500 изменений. Пушки приходилось лихорадочно дорабатывать и доводить прямо во время серийного производства, причем в основном без рабочих чертежей. И все без толку. При эксплуатации тросы гашетки спуска выскакивали из-за плохой пайки, трос перезарядки соскакивал, а для нажатия гашетки требовались воистину нечеловеческие усилия. Кроме того, из-за ненадежного механизма отдачи ствола постепенно разрушалось крепление, пушка разбалтывалась, что снижало и без того невысокую кучность попаданий.
Новые авиационные пушки, созданные накануне войны, тоже имели множество дефектов. Так, 31 марта 1941 г. был испытан ЛаГГ-3 № 312122 с 23-мм пушкой системы Волкова – Ярцева (сокращенно ВЯ), установленной в развале двигателя М-105. Ее боезапас состоял из 60 выстрелов, стреляные гильзы и звенья собирались в специальный ящик под капотом, так как в случае выброса наружу эти тяжелые железки могли нанести серьезные повреждения фюзеляжу и фонарю кабины. Было произведено 97 выстрелов, причем произошло двенадцать задержек из-за ненадежного пневматического спуска.
Несколько большую эффективность имела 23-мм пушка системы Таубина – Бабурина, испытанная 10 апреля на ЛаГГ-3 № 3121212. Ее боекомплект включал 56 выстрелов, а стреляные гильзы собирались в мешочек. При неработающем моторе она дала три задержки (неподача снаряда) на 66 выстрелов, а при работающем – одну на 27 выстрелов. Тем не менее на ЛаГГах первых серий стали устанавливать упомянутую выше пушку ВЯ-23, а также два 12,7-мм синхронных пулемета Березина (УБС) и два крыльевых пулемета ШКАС.
После поставок в войска упомянутая выше пушка ВЯ-23 оказалась настолько ненадежной, что буквально накануне войны ее заменили на старую добрую ШВАК, дефекты которой, по крайней мере, были хорошо освоены. Из-за ужасного качества также убрали и крупнокалиберный пулемет УБС. В итоге новый истребитель поставлялся в войска с вооружением начала 30-х годов, как у первых модификаций И-16! Аналогичное «современное» вооружение получили и новые МиГ-3 и Як-1.
В предвоенные годы в Советском Союзе предпринимались попытки установить на самолеты динамореактивные безоткатные орудия. В частности, 75-мм пушка АПК-4 и 102-мм пушка АП-100 в 1931–1936 гг. ставились на экспериментальных истребителях ПИ-1, И-12 (имевшем тянущий и толкающий винты) и АНТ-29. Они подвешивались к крыльям в специальных гондолах. Однако в ходе испытаний выяснилось, что данное вооружение является ненадежным и опасным в эксплуатации. Кроме того, запас громоздких и тяжелых снарядов был крайне ограничен. Это привело к отказу от постановки на самолеты безоткатных пушек АПК и замене их все теми же ШВАКами.