Программа по разработке истребителя И-350 была начата по постановлению Совета Министров от 10 июня 1950 г., предусматривающему создание сверхзвукового фронтового истребителя. И-350 (внутризаводское наименование «М») представлял собой однодвигательный самолёт со средним расположением крыла со стреловидностью по задней кромке 60°. Это крыло исследовалось в ЦАГИ под руководством инженеров B.C.Струминского и С.Г.Бюшгенса. Истребитель-перехватчик И-350 проектировался под новый двигатель TP-3А конструкции A.M.Люльки сразу в двух вариантах: «М-1» с двухантенной радиолокационной станцией «Изумруд» и «М-2» с одноантенной станцией «Коршун».

Предусматривалась разработка учебно-тренировочНой машины «МТ», если основная будет строиться серийно. По расчетам И-350 должен был показать скорость у земли 1240 км/ч и на высоте — 1266 км/ч. При постройке истребителя И-350 конструкторы и коллектив опытного завода применили ряд технологических новшеств. В частности, основной усиленный шпангоут фюзеляжа был выфрезерован из отливки зацело с узлами крепления лонжеронов крыла. Для повышения жесткости крыла корневые участки обшивки над нишами колес сделаны в виде трехслойных панелей с внутренним гофром общей высотой 15 мм. После испытаний крыла на прочность корневые зоны подкрепили четырьмя наружными ребрами жесткости, которые выполняли роль аэродинамических гребней. Тонкое стреловидное крыло вынудило специально заказать для основного шасси узкие нестандартные пневматики высокого давления. Колеса поворачивались вперед и укладывались плашмя в самое толстое место крыла.

Вооружение И-350 состояло из одной пушки Н-37 и двух пушек Ш-3. В перегрузочном варианте была предусмотрена подвеска под крылом двух бомб от 50 до 250 кг или шести пусковых установок для снарядов ТРС-85. На самолёте установлены РЛС "Изумруд", радиостанция РСИУ-3, оборудование слепой посадки ОСП-48. И-350 оснащался герметической кабиной. Бронирование состояло из бронеплиты - 16 мм, бронеспинки - 8 мм, бронезаголовника - 16 мм и бронестекла - 108 мм.

Лётные испытания И-350 провел Г.А.Седов, выполнивший первый полет 16 июня 1951 г., который чуть не закончился трагически. Вскоре после взлета Седов сбросил тягу двигателя, и двигатель неожиданно заглох, когда самолёт находился на высоте 2000 м. Спасти самолёт шансов практически не оставалось. Остановка двигателя, естественно, привела к падению давления в гидросистеме, и перемещать ручку управления стало почти невозможно. Седов попытался выпустить шасси обычным способом при помощи гидравлики — правая стойка не вы пустилась. Наблюдатели на земле немедленно предупредили его по радио, однако самолёт уже находился на высоте не больше 20—30 м! Тогда Седов включил аварийную пневматическую систему выпуска шасси. Момент выпуска стойки шасси от момента касания колесом полосы отделяли буквально секунды. С момента старта прошло всего 9 минут. Они потребовали от испытателя полного напряжения моральных и физических сил.

Это была первая в стране посадка самолёта сверхзвуковой компоновки с неработающим двигателем. Отказ двигателя в первом полёте, а также недостаточная надежность во втором полете 19 июня задержали испытания истребителя. Они возобновились после установки на самолёт другого экземпляра двигателя. В августе 1951 г. испытания были прекращены. Было выполнено десять полетов, после чего программу закрыли. Причина, по которой были прекращены испытания самолёта И-350, была названа самим генеральным конструктором двигателей A.M.Люлькой на Объединенных научных чтениях по космонавтике 30 января 1980 г.:
«В свое время за недостаточность проработки и верхоглядство мы были наказаны. Это произошло в 1951 г., когда мы поставили АЛ-5 на самолёт И-350. В полёте при быстрой уборке газа двигатель заглох. Несмотря на то, что лётчик благополучно произвел посадку, высшему начальству было доложено, что Люлька и его коллектив не умеют конструировать двигатели, и без серьезного анализа происшедшего последовало соответствующее распоряжение...»

Тактико-технические характеристики И-350
Экипаж, чел   1
Размах крыла, м   9.73
Длина, м   16.27
Площадь крыла, м2   36.00
Масса, кг   
- пустого самолета   6177
- максимальная взлетная   8030
- топлива   1600
Тип двигателя   1 ТРД ТР-3А
Тяга, кгс   1 х 5200
Максимальная скорость, км/ч   
- у земли   1240
- на высоте   1266
Практическая дальность, км   
- нормальная   1260
- с ПТБ   1825
Скороподъемность, м/с   4546
Практический потолок, м   16600
Вооружение: одна 37-мм пушка Н-37Д и две 23-мм пушки Ш-3
Точки подвески: 1 под фюзеляжем
Бомбы: 1 x 1000 кг
Подвесной топливный бак: 1 x 800 л