В то время истребительный вариант самолета считался приоритетным. Его вооружение для своего времени было весьма мощным. Согласно проекту, оно включало две подфюзеляжные пушки и три пулемета ШКАС. При этом размещение пулеметов было нетрадиционным. Один из ШКАСов стоял в носовой части фюзеляжа, а два других - в развалах цилиндров двигателей. Вести огонь они должны были через полые валы редукторов воздушных винтов.

В январе 1939 г. опытный экземпляр новой крылатой машины, получивший обозначение "самолет 22", выкатили на аэродром. На нем полностью отсутствовало вооружение. Поэтому "двадцатьдвойку" можно смело считать прототипом любого из прорабатываемых вариантов.

Уже в первых полетах самолет сумел доказать, что способен выходить на скорости, превышающие 500 км/ч, а затем достиг скорости 572 км/ч.

Новым скоростным летательным аппаратом заинтересовалось руководство страны и лично И.В. Сталин. Так машина сразу же получила "зеленую дорогу", и была направлена в НИИ ВВС для продолжения программы летных испытаний. Здесь высокие скоростные характеристики самолета были подтверждены уже официально. В ходе испытаний "самолет 22" достиг скорости 567 км/ч и потолка 10800 м, и вышел на одно из первых мест в мире среди летательных аппаратов аналогичного класса.

Однако в предъявленном на испытания виде, самолет не имел практически никакой боевой ценности. Поэтому в июне 1939 г. было принято решение о превращении "самолета 22" в полноценный скоростной ближний бомбардировщик ББ-22 (Як-2), и он был запущен в серийное производство. Однако возросший взлетный вес и ухудшение аэродинамики резко уменьшило скорость нового бомбардировщика, которая на серийных образцах упала до 480 км/ч. Единственным выходом из сложившейся ситуации виделось оснащение самолета более мощными двигателями М-105 мощностью по 1050 л.с. Оснащенный этими двигателями бомбардировщик получил в серии обозначение Як-4 Его максимальная скорость составляла 530 км/ч.

В то же время продолжались работы и над одноместным истребительным вариантом самолета, получившим наименование И-29. Машину собирали во второй половине 1940 г. также с двигателями М-105. В отличие от раннего проекта, наступательное вооружение И-29 состояло лишь из двух 20-мм пушек ШВАК.

В декабре 1940 г. самолет совершил первый полет. Однако недоведенность силовой установки надолго затормозила программу испытаний. При этом необходимо учитывать тот факт, что сам А.С. Яковлев в это время был занят доводкой куда более перспективного одномоторного истребителя Як-1.

С началом Великой Отечественной войны интерес к И-29 еще более упал. Окончательно работы по самолету прекратились в 1942 г. уже после запуска в серию тяжелого истребителя Пе-3.