Николай Николаевич в служебное время вынужден был заниматься лишь этим проектом, уделяя свободные вечера моноплану.
В середине марта 1923 г. ему удалось собрать и объединить коллектив единомышленников, считавших, как и он, схему истребителя-моноплана прогрессивной. Все они, днем работая на разных предприятиях, вечером собирались на квартире у Николая Николаевича и в инициативном порядке занимались созданием новой машины, положив в основу предварительный проект Н. Н. Поликарпова. Обязанности между конструкторами распределились следующим образом. Расчеты выполняли инженеры, имеющие высшее образование. Специалисты со средним образованием разрабатывали конструкцию узлов, всю необходимую чертежную и технологическую документацию.
Сам Николай Николаевич вел общий аэродинамический расчет самолета, рассчитывал крылья и оперение, разрабатывал конструкцию крыльев. И. М. Косткин проводил расчеты фюзеляжа и шасси, разрабатывал конструкцию фюзеляжа и управления. В. А. Тисов занимался конструкцией радиатора, Н. П. Тряпицын — хвостовым оперением, И. Д. Тряпичников — баками, В. Я. Яковлев — рамами (шпангоутами) фюзеляжа. Проверочные расчеты вел исполнительный и педантичный В. Д. Яровицкий. Несколько позже к коллективу присоединились А. А. Попов, А. А. Саввиных. И. И. Барановский, Ю. Г. Музалевский.
«Работа страшно захватила нас», — вспоминал Николай Николаевич.
Темпы создания самолета были довольно высокими, по времени опережавшие выполняемые Поликарповым в Главкоавиа работы по истребителю-биплану.
Проект получил обозначение ИЛ-400а, что расшифровывалось так: «истребитель с мотором «Либерти» мощностью 400 л.с.». Буква «а» — вариант «а» — требует особого пояснения. Кроме разработки основного, базового истребителя (ИЛ-400а), параллельно проводилось проектирование еще одного самолета с несколько измененной аэродинамикой (ИЛ-400б). В нем нижняя часть фюзеляжа (от мотора до кабины) и центроплана покрывалась тонкой броней. Вместо лобового радиатора устанавливался сотовый, втягиваемый внутрь фюзеляжа. Основное назначение машины — одноместный истребитель-штурмовик («боевик», по терминологии тех лет). Предполагалось, что он будет строиться после завершения испытаний первого экземпляра.
В процессе проектирования ИЛ-400а (другие обозначения: ИЛ, ИЛ-1, ИЛ1) приходилось решать ряд проблем, связанных с обеспечением устойчивости машины. Многих используемых теперь методик расчетов вообще не существовало, их обоснование началось именно в те годы в различных научных коллективах и школах. В ЦАГИ — головном институте авиапромышленности — еще только приступили к созданию современной научно-экспериментальной базы. Поэтому Николай Николаевич придумал следующий способ проверки выбора центровки, динамических характеристик устойчивости, аэродинамического качества. По его указанию была выполнена летающая модель самолета в масштабе 1/5 натуральной величины, массы основных частей которой (крыло, фюзеляж, оперение) сделаны пропорциональными соответствующим массам ИЛ-400а. В. А. Тисов запускал ее с одной из башен Петровского дворца (в котором долгие годы находилась Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского) во внутренний полуциркульный двор. Меняя центровку, удалось добиться устойчивого полета модели, а по измерению угла планирования — оценить аэродинамическое качество. На испытаниях присутствовали Н. Н. Поликарпов, другие члены конструкторского коллектива.
Свободнонесущее крыло толстого профиля (20 % у корня и 15 % на концах) обеспечивало необходимую жесткость, прочность без применения подкосов и внешних расчалок и создавало значительную подъемную силу при нулевом угле атаки на режиме минимальной скорости. По этой причине оно было установлено под отрицательным углом.
С помощью специального штурвала можно было переставлять стабилизатор, что должно было облегчить пилотирование самолета в широком диапазоне центровок.
Вооружение состояло из 2 синхронных пулеметов. Самолет при полетном весе 1300 кг должен развивать максимальную скорость у земли 272 км/ч, на высоте 2000 м — 263 км/ч и набирать высоту 3000 м за 5,98 мин. Потолок — 7400 м. Посадочная скорость — 100 км/ч.