Самолет имел цельнометаллическую конструкцию с крылом стреловидностью 57 град. Шасси трехстоечное. Передняя стойка убиралась в фюзеляж, а основные - в крыло. В виду малой толщины крыла, полувилки главных стоек шасси после уборки находились снаружи и закрывались специальными обтекателями, размещенными на щитках колес. Вооружение состояло из одной пушки Н-37 (боезапас 50 патронов) и двух пушек Ш-3 (боезапас 140 патронов на одну и 150 на другую). В перегрузку предусмотрена подвеска под крылом двух бомб от 50 до 250 кг или 6 ПУ-85 для турбореактивных снарядов ТРС-85. На самолете 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.

При постройке истребителя конструкторы и коллектив опытного завода применили ряд технологических новшеств. В частности, основной усиленный шпангоут фюзеляжа 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. Примененный конструкторами новый механизм управления элеронами хорошо вписывался в тонкую дужку концевого профиля крыла и был использован позже на ряде скоростных самолетов. В передней части фюзеляжа размещались радиолокационная станция, носовая стойка шасси, пушки, гермокабина с новым катапультным сиденьем. Ручное и ножное управление собиралось отдельным блоком. Тонкое стреловидное крыло площадью 36 м² вынудило специально заказать для основного шасси нестандартные узкие пневматики высокого давления, применить новый механизм его уборки. Колеса поворачивались вперед и укладывались плашмя в самое толстое место крыла. Двигатель ТР-3А с тягой 4300 кг на номинальном и 5200 кг на максимальном режиме установлен в хвостовой части фюзеляжа. Его отказ 16 июня, а также недостаточная надежность во втором полете 19 июня задержали испытания истребителя. Они возобновились после установки на самолет другого экземпляра двигателя. В августе 1951 г. испытания были прекращены.

Первый вылет опытного самолета назначили на 16 июля 1951 г. Все, кто был в этот день на аэродроме, обратили внимание на вытянутый фюзеляж и неожиданно большую стреловидность крыла (60╟ по передней кромке) новой машины при очень малом (всего 2,6) его удлинении. Судя лишь по внешнему виду, специалисты уверенно говорили: этот истребитель способен значительно превысить скорость звука. На всех этапах разработки, начиная с эскизного проекта, машину называли изделием ╚М╩, а не официальным обозначением - фронтовой истребитель-перехватчик И-350.

В назначенное время летчик-истребитель Григорий Александрович Седов занял место в кабине. Разбег, взлет, уборка шасси, набор заданной высоты прошли нормально. Но при выполнении круга над аэродромом двигатель истребителя заглох. Попытки запустить его ничего не дали. И дальше, как по пословице, ╚пришла беда - отворяй ворота╩. Когда летчик, используя небольшой (всего 2 тысячи метров) запас высоты, начал маневр для посадки без двигателя, снизилось давление в бустерной системе. Действия управляющими поверхностями потребовали максимальных физических усилий. Машина над посадочной полосой. Кажется, все в порядке, но тут последовал еще один ╚сюрприз╩. По радио с земли передали: ╚правая нога, правая нога!╩. Летчик мгновенно воспользовался воздушной системой аварийного выпуска шасси. Едва она ╚дожала╩ стойки до их фиксации в замках, истребитель коснулся колесами бетонной полосы. С момента старта прошло всего 9 минут. Они потребовали от испытателя полного напряжения моральных и физических сил, высочайшего летного мастерства. Это была первая в стране посадка самолета сверхзвуковой компоновки с неработающим двигателем. Она ускорила теоретическую и экспериментальную отработку методики, инструкций и рекомендаций для всех летчиков, которым при необходимости придется приземлять сверхзвуковой самолет с неработающим двигателем.

Постановлением Совета Министров от 10 августа 1951 г. работы по самолету были прекращены в связи с началом работ по созданию истребителя сопровождения И-360 с двумя двигателями АМ-5. Существует документ проливающий свет на некоторые обстоятельства, при которых принято решение о прекращении испытаний истребителя И-350 - первого в мире боевого сверхзвукового самолета. 30 января 1980 года на Объединенных научных чтениях по космонавтике с докладом ╚К истории разработки первых отечественных ТРД╩ выступил Генеральный конструктор, дважды Герой Социалистического Труда академик А.Люлька. Отвечая на вопрос заслуженного летчика-испытателя СССР М.Галлая об основных, принципиальных сложностях процесса доводки двигателей, он, в частности, коснулся истории с двигателем ТР-3А (АЛ-5).

Запись сделана на магнитофон журналистом М.Арлазоровым, подлинник хранится в Научно-мемориальном музее Н.К.Жуковского. ╚В свое время за недостаточность проработки и верхоглядство мы были наказаны. Это произошло в 1951 году, когда мы поставили АЛ-5 на самолет. В полете при быстрой уборке газа двигатель заглох. Несмотря на то, что летчик благополучно произвел посадку, высшему начальству было доложено, что Люлька и его коллектив не умеют конструировать двигатели, и без серьезного анализа происшедшего последовало соответствующее распоряжение... В настоящее время такой случай невозможен. Чтобы отработать двигатель, мы делаем сотни, тысячи полетов на летающих лабораториях. Вопросы доводки очень сложны, но тогда к ним подходили иначе. Начальство считало, что в полете все должно быть точно так же, как в наземной лаборатории. За ту злополучную отсечку мы очень пострадали. Двигатель АЛ-5 - замечательная машина, установленный на пяти самолетах, вследствие наших ошибок и неправильной информации руководства, потерпел поражение╩.

Командно-административные методы руководства, господствовавшие в авиационной промышленности, предусматривали чуть ли не почасовой доклад в Кремль обо всем, что делалось на опытном аэродроме. В этих условиях эмоции брали верх над трезвыми оценками, поверхностный взгляд господствовал над компетентным анализом. Это приводило к необоснованным потерям результатов приоритетных опытно-конструкторских работ. Никто не вправе зачеркнуть память о том, что сделали конструкторы в те трудные годы. Но не стоит забывать - сколько же им при этом мешали и сделать не дали! Двигатели А.Люльки вновь были признаны только в 1955-м, когда опытный истребитель С-1 конструкции П.О.Сухого, оснащенный АЛ-7Ф, впервые в Советском Союзе достиг скорости 2000 км/ч.