Однако судьба этой машины оказалась драматической. Первый же вылет 15 декабря 1938 года завершился катастрофой, в которой погиб знаменитый советский летчик, участник рекордных перелетов через Северный полюс Герой Советского Союза Валерий Чкалов. Было выдвинуто множество версий происшествия, включая откровенно конспирологические, предполагавшие «вредительство» или прямое покушение на жизнь летчика. Вполне вероятно, что сказалась и спешка, в которой готовился первый вылет, дабы приурочить сдачу машины к началу XVIII съезда ВКП(б), который должен был проходить в марте 1939 года.
Официально причиной катастрофы была признана остановка двигателя в полете по причине переохлаждения. Согласно иному мнению, причиной могла стать недостаточная приемистость М-88, в итоге при попытке летчика, недостаточно изучившего его особенности, резко «дать газ» двигатель заглох. Посадка самолета даже с неработающим двигателем, но сохранившего при этом управляемость, не являлась проблемой для летчика высокой квалификации, но В. Чкалов в нарушение полетного задания слишком удалился от аэродрома, в результате для вынужденной посадки ему не хватило ни высоты, ни дистанции.
Мнения современных исследователей по поводу отношения Н. Поликарпова к подобным темпам подготовки машины расходятся. По одним источникам, сам Поликарпов считал, что к полноценным испытаниям машина будет готова не раньше февраля. Согласно другим утверждениям, наличие у опытного самолета мелких дефектов, не создающих прямой угрозы безопасности полета, считалось вполне допустимым и привычным практически для любого КБ, при этом замеченные недостатки подлежали устранению в процессе дальнейшей работы.
Акт о готовности самолета к вылету вместо главного конструктора подписал заместитель Поликарпова Д. Томашевич, являвшийся ведущим конструктором по И-180. В результате расследования катастрофы Томашевич был арестован, подвергся аресту также ряд других должностных лиц, в том числе начальник 1-го Главного управления Наркомата оборонной промышленности С. Беляйкин и директор авиазавода № 156 М. Усачев.
Работа над самолетом тем не менее была продолжена. Уже второй опытный образец, пилотируемый летчиком-испытателем С. Супруном, принял участие в традиционном авиационном параде 1 мая 1939 года. Однако темпы постройки запланированной партии из 30 самолетов откровенно не выдерживались – чему способствовало, помимо прочего, и неприязненное отношение к машине Поликарпова руководства авиазавода № 21, основное внимание уделявшего собственному проекту – истребителю конструктора заводского КБ М. Пашинина И-21. А 5 сентября 1939 года произошла вторая катастрофа, при этом погиб испытатель полковник Т. Сузи. Хотя причина катастрофы не была установлена, она стала очередным ударом по репутации самолета, с учетом того что еще ранее – 26 мая – произошла авария и с одной из предсерийных машин.
В итоге выпуск предсерийной партии завершен не был. Основной причиной закрытия программы И-180 принято считать низкую надежность двигателя М-88, снятого с производства в августе 1940 года. Однако уже в ноябре выпуск М-88, устанавливавшегося на бомбардировщиках Ильюшина ДБ-3Ф, после устранения основных недостатков был возобновлен. Поэтому, видимо, эту причину все-таки не приходится считать единственной.
Работу над проектом И-180 в инициативном порядке Н. Поликарпов еще продолжал в течение некоторого времени – в частности, прорабатывался вариант Е-6, с закрытой кабиной и небольшой стреловидностью крыла для смещения центровки, а также – уже в апреле 1941 года – «гибридный», переходный вариант И-180 Е-7, в конструкции которого были совмещены мотоустановка и крыло И-180 и хвостовая часть фюзеляжа И-185. Однако все они остались лишь на стадии проектирования.
В числе проектов, разрабатывавшихся в КБ Поликарпова накануне Второй мировой войны, значились не только истребители. Так, в 1936 году Поликарпов принял участие в неофициальном конкурсе на создание самолета поля боя, известном как «Сталинское задание», под девизом «Иванов», при этом его проект был наряду с проектами П. Сухого и И. Немана рекомендован к постройке опытного образца.
В соответствии с техническим заданием (предусматривавшим максимальную скорость 350–400 км/ч, потолок 9000–10 000 м и дальность до 2000 км) конструкторы обещали скорость не менее 400 км/ч и потолок более 9000 м, дальность, правда, предполагалась меньшая – до 1500 км. При этом предполагалось, что «Иванов» будет нести от шести до девяти 7,62-мм пулеметов, поднимать до 400 кг бомб и до 10 ракетных снарядов. В целом проект предусматривал возможность выпуска в нескольких модификациях – разведчика, бомбардировщика, истребителя сопровождения и штурмовика, с возможностью усиления вооружения установкой двух 20-мм пушек ШВАК.