У 1937 році, в наркоматі авіапромисловості CРCР виникла пропозиція створити легкий винищувач, оснащений двома малопотужними двигунами «Рено». За проектування винищувача взялося невелике ОКБ-31, очолюване О.С. Москальовим. О.С. Москальов обрав нетрадиційну компоновку винищувача - двобалочний схему з двома двигунами, встановленими по осі літака, і кабіною льотчика між ними. Він прийшов до висновку, що для зниження лобового опору потрібно встановити невеликі двигуни так, щоб вони вписувалися в габарити кабіни. На проектований літак було вирішено встановити французький дворядний мотор водяного охолодження Renault "Bengali-6" (радянська назва - МВ-6) потужністю 220 к.с., на виробництво якого була закуплена ліцензія. Ретельно виконані розрахунки міцності і аеродинамічних властивостей, всебічний аналіз можливих вагових і геометричних характеристик і відповідних навантажень показали, що і при сумарній потужності двигунів всього в 440 к.с. винищувач обраної схеми може показати швидкість понад 600 км / год. О.С. Москальов застосував оригінальну, що раніше не зустрічалося в радянському авіабудуванні, аеродинамічну компоновку одномісного винищувача - двобалочну. На початку 1940 була побудована експериментальна машина, що отримала позначення САМ-13. Літак мав дерев'яну конструкцію і фанерну обшивку. У поперечному перерізі фюзеляж був мінімальних розмірів. Площа крила становила всього 9 м.кв. Для зниження опору всі поверхні літака були ретельно відполіровані. Хвостове оперення кріпилося між балками. Елерони, керма висоти і напрямку мали аеродинамічну і вагову компенсацію. Шасі винищувача було прибираючимсь. При цьому вперше застосовано носове колесо, що має демпфер. Влітку 1940 р були проведені аеродинамічні дослідження моделі САМ-13, які підтвердили основні параметри літака і був побудований повнорозмірний макет для ув'язки основних агрегатів та устаткування. Унаслідок малих розмірів літака озброєння, яке складалося з чотирьох кулеметів ШКАС, довелося розмістити в підвісних гондолах в районі кріплення хвостових балок до крила. Перший дослідний САМ-13 закінчили 9 листопада 1940 У цей час будувався другий дослідний екземпляр. Заводські випробування почалися в Воронежі в другій половині 1940. Випробував літак М.Д.Фіксон, якому вдалося навіть з не повністю прибраним шасі досягти значень польотної швидкості в межах 520-560 км / ч. Подальші випробування були перервані за вказівкою заступника наркома авіапромисловості А.С.Яковлева. САМ-13 перевезли до Москви для проведення в ЦАГІ спочатку натурних продувок в аеродинамічній трубі, а потім флаттерних випробувань крила. Навесні 1941 всі подальші роботи по літаку САМ-13 припинилися. Москальов стверджує у своїх спогадах, що зроблено це було за вказівкою А.С.Яковлева, який бачив у маленькому літачку серйозного конкурента для своїх конструкцій.