Первые испытательные полеты дали в целом обнадеживающие результаты, в частности самолет продемонстрировал хорошие взлетно-посадочные характеристики, а скорость достигла отметки 520 км/ч. Однако ряд отказов и аварий, в том числе две катастрофы, произошедшие 27 апреля и 30 июля 1940 года, усугубили и без того не слишком благожелательное отношение руководства НКАП и ВВС к машине. Стоит также принимать во внимание и достаточно неопределенное положение Поликарпова, именно в этот период потерявшего ряд сотрудников при передаче их в новое КБ под руководством Микояна. Кроме того, отсутствие «закрепленного» производства и необходимость организации постройки новых машин на различных авиазаводах не способствовали ни укреплению связей с промышленностью, ни ответственному отношению и соответственно качеству опытной продукции, особенно с учетом не самой высокой квалификации рабочих советской авиационной промышленности. К тому же Поликарпов оказался одним из первых, кто установил на свою машину еще «сырые» двигатели М-105, отказы которых, вполне вероятно, и послужили истинной причиной летных происшествий. Тем не менее, не углубляясь в истинные причины имеющихся проблем, начальник Главного управления авиационного снабжения (ГУАС) РККА П. Алексеев еще в конце мая сделал вывод, что из СПБ «видно, ничего не выйдет», а 29 июля 1940-го приказом наркома авиапромышленности А. Шахурина было предписано «дальнейшие заводские испытания самолетов СПБ прекратить».
Параллельно с серией ВИТ Поликарповым велась работа и над двухмоторным истребителем. Эскизный проект самолета был готов в сентябре 1940 года. Вооружение будущего истребителя Поликарповым предлагалось в двух комбинациях: две 20-мм пушки ШВАК в сочетании с парой 12,7-мм пулеметов и оборонительным ШКАС на турели или две 37-мм пушки ШФК-37 и четыре наступательных и один оборонительный пулемет ШКАС.
Первые полеты ТИС (тяжелый истребитель сопровождения) совершил уже после начала войны – в конце августа 1941 года. Цельнометаллический самолет с двигателями АМ-37 развивал скорость до 535 км/ч (предполагалось добиться ее увеличения до 650 км/ч). Экипаж в составе летчика и стрелка был защищен бронеплитами, предусматривалась установка достаточно мощного вооружения – двух пушек ШВАК, двух 12.7-мм пулеметов УБ и нескольких пулеметов ШКАС.
Однако в связи с эвакуацией осенью – зимой 1941 года в Новосибирск испытания самолета были прерваны. Возобновление их на новом месте существенно затянулось вследствие возникших сложностей с организацией опытного производства в неприспособленных условиях, но и после начала полетов неоднократно прерывались из-за низкой надежности моторов, которые к тому же не могли обеспечить ожидаемые характеристики.
В 1943 году Поликарпов предложил модернизированный самолет, перепроектированный под более мощные двигатели АМ-39. У машины была, кроме того, несколько улучшена аэродинамика – в том числе за счет облагораживания моторных гондол. При этом ТИС «МА» имел и усиленный комплект вооружения, состоящего из носовой батареи из двух пушек ШВАК, двух пушек калибра 45 мм или 37 мм в центроплане и оборонительного пулемета УБ. При этом на внешней подвеске самолет мог нести две бомбы по 500 кг. Расчетная скорость должна была равняться 650 км/ч на высоте 7150 м, скороподъёмность 781 м/мин.
Предполагалось, что самолет будет способен выполнять функции истребителя сопровождения, ночного истребителя и ближнего пикирующего бомбардировщика, а также применяться для нанесения штурмовых ударов, в том числе уничтожения легкобронированной техники противника.
Однако из-за неготовности АМ-39 на испытания в июне 1944 года самолет вышел с двигателями АМ-38Ф. Была достигнута скорость 35 км/ч, что позволяло предполагать, что с моторами АМ-39 будут получены характеристики, соответствующие заданным. Но и эта машина не была доведена до серийного выпуска. С учетом того что численность тяжелых дальних бомбардировщиков в ВВС РККА – фактически единственным представителем класса которых был Пе-8 – не превышала нескольких десятков, насущной необходимости в истребителе для их сопровождения не было, а с другими функциями справлялись машины, уже стоящие на вооружении.
С конца 1940 года среди разработок конструкторского бюро Поликарпова значился и проект одномоторного дневного бомбардировщика ОДБ. Отличительной особенностью этой машины являлась оригинальная силовая установка – размещенный в фюзеляже двигатель (АМ-37, АМ-38 или М-120) передавал крутящий момент на два воздушных винта, расположенных на крыльях. При этом предполагалась возможность реверса воздушных винтов для уменьшения скорости пикирования и при посадке. Эскизный проект был подготовлен в январе 1941 года. Согласно расчетам, самолет должен был иметь скорость в зависимости от типа двигателя от 585 до 645 км/ч и поднимать на внутренней или внешней подвеске до 1000 кг бомб. Однако несмотря на интерес, который проект вызвал у представителей ВВС, в условиях первого периода начавшейся войны до его реализации дело не дошло.
Уже с учетом опыта первых боев в конце 1941 года Н. Поликарпов приступил к созданию массового ночного бомбардировщика, который, по замыслу, должен был представлять собой экономичный в производстве боевой самолет с небольшим ресурсом, но при этом доступный пилоту средней квалификации и способный нести значительную бомбовую нагрузку.
Макетная комиссия по самолету НБ состоялась 16 августа 1942 года. Согласно расчетам, оснащенный двумя двигателями АШ-82 самолет должен был развивать скорость до 515 км/ч, иметь практическую дальность более 3000 км и поднимать 2000 (в перегруз до 5000) кг бомб во внутреннем бомбоотсеке. Оборонительное вооружение состояло из трех 12,7-мм пулеметов УБ, все места членов экипажа имели бронирование.
Однако в связи с загруженностью завода в Новосибирске, а затем и возвращением специалистов КБ в Москву работа над самолетом затянулась. Первый полет опытный экземпляр НБ совершил 23 мая 1944 года, а после смерти Н.Н. Поликарпова 30 июля 1944 года испытания были прекращены.
Еще одной группой летательных аппаратов, на которые обратил внимание Поликарпов, стали планеры. Впрочем, и тут Николай Николаевич пошел своим путем. Созданный летом 1941 года аппарат БДП (боевой десантный планер) не просто служил транспортным средством, но и имел конструкцию, позволявшую десантникам еще в воздухе вести огонь из личного оружия как по наземным целям, так и для отражения атак истребителей противника. Деревянный аппарат собственной массой 1470 кг имел размах крыльев 20 м и мог перевозить 16 десантников со снаряжением. Была предусмотрена установка семи пехотных пулеметов ДП – два в верхнем люке, один в нижнем и по два по бортам. Кроме того, для защиты десанта и летчика предполагалась установка съемных бронещитов толщиной 5,5 мм общим весом 127 кг, которые могли использоваться и после высадки. Проект получил положительную оценку, было построено два экземпляра, еще пять находились на разных стадиях постройки, однако из-за эвакуации, а затем изменения обстановки на фронте работа над аппаратом сперва затянулась, а затем и вовсе была признана неактуальной, тем более что уже строились в серии планеры конструкции Антонова и Грибовского.
Остался нереализованным и проект ДП-30, предназначенный для перевозки тридцати десантников, и бомбардировочный планер БП, способный поднимать до 2000 кг бомб.