Monoplan à aile basse, le Stal-6 était dessiné autour d’un moteur Curtiss V-1570 Conqueror, un groupe 12 cylindres en V. Ce moteur était équipé d’un système de refroidissement par évaporation d’eau, le revêtement de l’aile étant constitué d’une double peau en acier inoxydable enerzh-6 en avant du longeron principal et fonctionnant comme un radiateur de surface afin de supprimer les radiateurs traditionnels, générateurs de trainée. Le fuselage, de structure métallique en tubes d’acier au chrome-molybdène soudés, avec revêtement métallique ondulé à l’avant, en contreplaqué à l’arrière, avait pour maitre-couple la section du moteur, soigneusement caréné, et ne présentait aucun décrochement. Un système à crémaillère permettait de relever le siège du pilote afin que sa tête dépasse au dessus du capot-moteur pour pouvoir se diriger au sol et dans les phases de décollage et d’atterrissage, effectués à une vitesse comprise entre 100 et 120 km/h. L’avion reposait sur une unique roue escamotable manuellement dans le fuselage, l’équilibre étant assuré au sol par des balancines en bout d’aile.
Tandis que débutaient les essais du Stal-6 Robert Bartini travaillait déjà dans un coin reculé de la GAZ-240 à la construction d’un véritable chasseur dérivé du précédent. Plus grand, ce nouveau monoplace était construit entièrement en métal et le moteur Curtiss Conqueror étant remplacé par un Hispano-Suiza 12Ybr construit sous licence en URSS avec l’appellation M-100A. Le cockpit était élargi pour assurer une meilleure visibilité au pilote et deux mitrailleuses synchronisées ShKAS de 7,62 mm devaient être montées au sommet du capot-moteur.Cet appareil fit l’objet de nombreux essais de soufflerie à l’Académie Joukovski, Le calcul donnant pour cet avion une vitesse de 630 km/h à 3 000 m et un plafond de 9 000 m pour une masse au décollage inférieure à 15 tonnes. Premier avion construit en URSS à utiliser la technique de la soudure par points. il se caractérisait par un fuselage de construction monocoque et une aile bilongeron. Les gouvernes de vol étaient à axes déportés et deux réservoirs de 175 litres montés dans la partie centrale de l’aile.
La construction de ce prototype fut interrompue fin 1934, à environ 60% d’achèvement. Outre la concurrence des I-16, I-14 et PI-1, les VVS ne voulaient pas d’un avion jugé vulnérable en combat aérien ou au tir du sol en raison de son système de refroidissement.