Первый прототип нового истребителя получил название И-26. Свой первый полет машина совершила 13 января 1940 года. Пилотировал самолет Ю. И. Пионтковский. Самолет выкрашен в красный цвет. Маслорадиатор, вооружение и радиостанция отсутствуют.

Новый самолет собрали в самые сжатые сроки, уже к 27 декабря 1939 машина была готова, а через три дня ее доставили на Центральный аэродром в Москве. Недостатки, вызванные спешкой, начали обнаруживаться еще до облета машины. Статические испытания показали, что кромка крыла выдерживает лишь 40 % от планированной нагрузки, поэтому крыло пришлось спешно усиливать прямо на аэродроме.

Исторический для самолета день наступил 13 января 1940 года. Тогда, после нескольких дней рулежек и подлетов летчик-испытатель Ю.И. Пионтковский выполнил первый полет. Длился он около двадцати минут, после чего из-за стремительного роста температуры масла пришлось приземлиться. Этот и последующий полеты показали, что, во-первых, самолет очень неплохо летает, и, во-вторых, машина нуждается в серьезной доводке. В ходе испытательных полетов Пионтковскому пришлось пятнадцать раз вынужденно садиться, всякий раз спасая прототип от аварии. 27 апреля во время сорок третьего полета счастье изменило пилоту. Самолет рухнул на землю, погребя под своими обломками пилота. Комиссия, расследовавшая причины аварии, не нашла однозначного объяснения происшедшего. Наиболее правдоподобной причиной аварии посчитали выход стоек главного шасси из замков. Вышедшие шасси выломало набегавшим потоком воздуха, что оставило в крыльях огромные прорехи. Пилоту не удалось справиться с поврежденной машиной, и самолет разбился. Однако, повторимся, это было лишь предположение.

Второй прототип И-26 поднялся в воздух в апреле 1940 года. Самолет отличался наличием маслорадиатора, отсутствием створок ниши хвостового колеса и переработанным хвостовым оперением. В июне 1940 года после завершения программы заводских испытаний самолет передали в НИИ ВВС в Москве.

Одна из первых серийных машин И-26 (Як-1), выпущенная заводом № 115. Довоенные самолеты вооружались 20-мм пушкой IШВАК и двумя 7,62-мм пулеметами ШКАС. Вооружение размещалось в носовой чисти фюзеляжа. Боевой опыт показал, что имеющейся пушки и двух пулеметов недостаточно. Первые И-26 не имели бортовой радиостанции.

Недостатков, которые могли вызвать аварию, было довольно много. Прежде всего самолет имел недостаточную прочность. Конструктивные расчеты были сделаны для массы 2300 кг, в то время как масса самолета в действительности составляла 2600 кг. Многие узлы оказались тяжелее, чем предполагалось изначально. Было необходимо облегчить машину, хотя бы уменьшив емкость топливных баков. Вооружение самолета состояло из пушки и четырех пулеметов. Малая механическая прочность самолета заставила отказаться на время испытаний от исполнения фигур высшего пилотажа и пикирования.

Недостаточно проработанной оказался механизм уборки шасси. На скоростях превышающих 220 км/ч, наиболее оптимальных при наборе высоты, шасси не убиралось. Чтобы убрать шасси приходилось некоторое время лететь горизонтально со скоростью 200 км/ч. Убиралось и выходило шасси рывком, что создавало риск для самолета. Замки стоек были ненадежны: убранные шасси имели тенденцию самопроизвольно выходить, а выпущенные шасси — складываться.

Як-1 во время продувки в аэродинамической трубе в ЦАГИ, 1941 г.

Неприятности доставлял и двигатель М-105П, который был еще сыроват. Плохое уплотнение системы смазки приводило к тому, что во время полетов самолет забрызгивался маслом почти до самого хвоста. Свечи приходилось менять почти перед каждым вылетом. Водяной и масляный радиатор оказались малоэффективными и негерметичными.

К длинному списку недостатков следует добавить и недоведенный винт ВИШ-52П. За три месяца испытаний на прототипе сменили пять двигателей и большое количество пропеллеров.

За месяц перед гибелью И-26-1, 23 марта 1940 года в воздух поднялся второй прототип — И-26-П. На этом прототипе планировалось устранить замеченные недостатки, прежде всего касавшиеся двигателя. Второй прототип получил пропеллер ВИШ-61А, системы водяного и масляного охлаждения приведены к норме, капот двигателя вместо четырех частей стал состоять из шести. Вместо четырех ШКАСов, на И-26-П установили только два.

Переднюю кромку крыла усилили с 5 до 8 мм, увеличили толщину обшивки верхней поверхности крыла с 2,5 до 3 мм в районе переднего лонжерона.

Заводские испытания начались 14 апреля 1940 года. Состоялся 31 полет. 26 мая второй прототип передали на государственные испытания. Однако в НИИ ВВС отказались принять машину. Причина была простая — самолет, по-прежнему, был сыроват. Кроме того, обязательную программу заводских испытаний выполнили лишь на 65 %. Однако комиссия наркомата авиационной промышленности утвердила передачу самолета на государственные испытания, определив, что характеристики машины в целом соответствуют техническому заданию.