Der neue, nunmehr als IS-2 bezeichnete Prototyp flog erst zu Anfang des Jahres 1941. Bis zum Einmarsch der deutschen Wehrmacht in die Sowjetunion wurden lediglich vier Testflüge durchgeführt. Dabei zeigte sich erneut, dass der pneumatische Mechanismus zur Änderung der Flügel funktionierte. Das Flugzeug blieb aber – wie schon der Vorgängertyp IS-1 – leistungsmäßig hinter den Erwartungen zurück. Dies betraf vor allem die Höchstgeschwindigkeit, die mit 507 km/h deutlich unter der moderner Eindecker wie der Messerschmitt Bf 109 lag. Die IS-2 gelangte daher nicht in die Serienfertigung. Stattdessen wurden weitere Überarbeitungen beschlossen.