Несмотря на положительную оценку, полученную в ходе испытаний, эксплуатация И—15 в войсках выявила ряд недостатков самолета. Отмечались многочисленные мелкие поломки, которые объяснялись невысоким качеством изготовления серийных машин.
Кроме того выяснилось, что особое неудовольствие большинства летного состава вызывает сама схема «чайка». Летчиков не удовлетворял малый обзор по горизонту, считалось, что этот недостаток затруднял строевые полеты. При скорости свыше 240 км/ч И—15 становился неустойчивым по курсу, что осложняло атаку противника, прицеливание и ведение огня. В результате Поликарпову было предложено создать модификацию самолета с нормальным, классическим центропланом верхнего крыла.
И—15 с нормальным центропланом изготовили весной 1935 г. Эта машина, построенная авиазаводом №39, имела серийный №33907 и обычно называлась ЦКБ—3 №7. Дополнительным ее внешним отличием явилась установка кольцевого коллектора выхлопных газов (обычные И—15 имели индивидуальные выхлопные патрубки на каждом цилиндре двигателя).
Государственные испытания ЦКБ—3 №7, основной целью которых стало определение устойчивости пути на максимальных скоростях, велись летом 1935 г. По мнению летчиков—испытателей В.П.Чкалова и В.К.Коккинаки, применение нормального центроплана улучшило обзор, устранило рысканье самолета на максимальных скоростях и пикировании, облегчилось прицеливание и ведение огня из бортовых пулеметов. В заключении по результатам госиспытаний ЦКБ—3 №7 говорилось: «Рекомендовать к серийной постройке И—15 с нормальным центропланом».
Один из первых серийных И-15, заводской №33903, постройки авиазавода №39. Лето 1934 г.
Проведенные испытания модифицированного И—15 оказались, однако, излишними. По предложению руководства ВВС РККА заказ на самолеты типа И—15 снимался и их производство уже с середины 1935 г. прекращалось. Считалось, что другой истребитель Поликарпова, моноплан И—16, оснащенный тем же двигателем М—25, обладает более высокими летными характеристиками и вполне удовлетворяет потребности авиации армии и флота.
В конце 1936 г. обстановка, сложившаяся вокруг поликарповского полутороплана, изменилась решительным образом. В октябре означенного года три десятка истребителей И—15 включили в состав военной помощи, оказанной Советским Союзом республиканской Испании. Там самолет очень быстро завоевал популярность, был признан наиболее успешным в бою, непритязательным в обслуживании и любимым летчиками. Поэтому еще до окончания 1936 г. в Москве неоднократно обсуждался вопрос о возобновлении производства И—15.
14 декабря 1936 г. Н.Н.Поликарпов направляет наркому авиапромышленности М.М.Кагановичу письмо, в котором для начала вспоминает старые обиды: « ...На самолете И—15 дефекты изживались исключительно медленно, связь авиазавода №1 с нами налаживалась очень трудно, совместная работа по устранению дефектов затруднялась инертностью завода №1 и весьма небрежным производственным изготовлением самолета. ...Эксплуатация И—15 в частях ВВС затруднялась рядом дефектов, этот самолет, несмотря на свои высокие характеристики и маневренные данные, не пользовался в ВВС тем вниманием, какового он безусловно заслуживал.
Недооценка роли маневренного истребителя и преувеличение боевых возможностей скоростных истребителей привели к тому, что во второй половине 1935 г. И—15 был снят с заказа ВВС и прекращен постройкой на заводе №1. Причем руководство ВВС предлагало заменить его ДИ—6, как маневренным истребителем».
Далее Поликарпов сетует на то, что опытные работы по И—15 передали заводу №1 еще в январе 1935 г., однако с тех пор, то есть до конца 1936 г., там абсолютно ничего не сделали в отношении совершенствования машины:
«Надо немедленно приступить к разработке улучшенного маневренного истребителя... Последние события показали, что роль маневренного истребителя незыблема, что вести воздушный бой без такого истребителя нельзя....
Опытный истребитель И-15, заводской №33907 (ЦКБ-3 №7), оборудованный классическим бипланным центропланом и коллектором выхлопных газов. Заводские испытания, 1935 г.
Создание вполне современного маневренного истребителя возможно, на это указывают наши ориентировочные прикидки, которые дают при моторе М—25В максимальную скорость свыше 430 км/час, при сохранении и даже повышении его маневренности.
Ввиду этого, было бы целесообразно включить на 1937г. в программу завода М21 проектирование и постройку современного маневренного истребителя на основе И—15».[* Ссылка на авизавод №21 вызвана тем, что летом 1936 г. Поликарпова назначили Главным конструктором этого завода и одновременно завода №84 в Химках. Так как №84 представлялся Поликарпову временным прибежищем, а №21 специализировался на изготовлении истребителей И-16, то естественно, он решил предложить для постройки И-15 именно горьковский завод №21.]