При общей оценке самолета говорилось, что И—15бис обладает хорошей путевой, продольной и поперечной устойчивостью. Освоение техники пилотирования на нем не представляет особого труда, т.к. на ошибки в пилотировании самолет реагирует вяло.
«Хорошая маневренность и устойчивость самолета И—15бис обеспечивают ведение прицельного огня при любом положении самолета в воздухе, что дает преимущества в бою перед самолетами, обладающими большими скоростями, но меньшей маневренностью», — говорилось в отчете.
Однако проведенные во второй половине сентября показательные воздушные бои показали невысокие боевые возможности «биса». 19 сентября 1937 г. при проведении атаки самолета ТБ-7 на высоте 2500—3000 м из положения сверху—сзади И—15бис потерял преимущество в высоте и отстал от четырехмоторного бомбовоза. Последнее обстоятельство оценивалось как «полная небоеспособность» истребителя.
«В воздушном бою с самолетами И—15 и И—16 кроме внезапности атаки не имеет никаких преимуществ и даже выход из боя по своей инициативе может осуществить с большим трудом... Все преимущества в бою у И—16. ...И—15 имеет преимущества в скороподъемности и маневренности, а И—15бис лишь за счет более мощного М—25В может уйти из боя на пикировании».
Несмотря на столь нелестные отзывы в адрес претендента на место нового боевого истребителя, истории самолета предстояло продолжиться. В акте, утвержденном Начальником ВВС РККА Алкснисом 14 октября 1937 г. говорилось: «Самолет И—15бис М—25В, прошедший государственные испытания в НИИ ВВС, считать пригодным для серийного производства в 1937 г. с устранением на всех самолетах дефектов, опасных для полета... Тактические свойства — маневренность и скороподъемность И—15бис в результате перетяжеления на 300 кг являются ухудшенными по сравнению с И—15 М—25 «Чайка». Облегчение И—15бис М—25В необходимо считать как одну из центральных задач по улучшению боевых свойств этого самолета. ...Облегченный самолет представить в НИИ ВВС на испытания к 15.11.37г.
Начальнику НИИ ВВС комдиву Бажанову не позднее 25.10.37 г. разработать и представить мне на утверждение ТТТ для модификации самолета И—15бис на 1938г.».
Мероприятия по снижению веса были реализованы Н.Н.Поликарповым практически немедленно на опытном И—15бис №3392. Предполагалось, что это будет машина—эталон для серийного производства на первую половину 1938 г.
Вместо капота NACA на И—15бис №3392 установили увеличенное по ширине кольцо Тауненда, что дало снижение веса на 15,5 кг. Использование отдельных выхлопных патрубков обеспечило выигрыш еще 15,6 кг.
Эти и другие мероприятия позволили снизить полетный вес до 1590 кг (обычный И—15бис имел полетный вес 1750 кг). Кроме этого, изменили козырек пилота, приборную доску, обтяжку крыльев, провели ряд дополнительных мероприятий по снижению веса. №3392 стал первым из «бисов», ферма фюзеляжа которого сваривалась из хромансилевых труб.
Первый полет модифицированного «биса» состоялся 22 ноября 1937 г. Его полеты продолжались вплоть до апреля 1938 г.
И -15бис, заводской № 3368, выпуска второй половины 1937 г., входил в число десятка машин, подготовленных для эксплуатационных испытаний. Цифра «68», упрощенно написанная на руле поворота, призвана отличить самолет в цеху и на аэродроме от десятка подобных аппаратов
Это фото И-15бис, с заводским №3368, долгие годы являлось наиболее распространенным в различных публикациях, посвященных советской авиации. Следует отметить, что у данного самолета капот двигателя и обтекатели шасси окрашены защитной зеленой краской
И-15бис в стандартной окраске с цифрой «6» на руле направления
В основном летные качества самолета №3392 остались на уровне других И—15бис: максимальная скорость составила 360 км/ч на высоте 3000 м, время виража 10,5—11,0 с, посадочная скорость 80—90 км/ч. Как положительный факт отмечался более легкий отрыв от земли на взлете. Согласно проведенным испытаниям признавалось, что использование кольца Тауненда и индивидуальных патрубков дало неудовлетворительные результаты. Забраковали летчики и новый козырек с плоскими гранями — считали его узким и неудобным.
Таким образом, попытка дальнейшей модификации «биса» путем некоторого облегчения конструкции к положительным результатам не привела. Однако часть предложенных на №3392 мелких доработок внедрили на серийных И—15бис. Осенью 1937 г. группу таких машин подвергли ресурсным и эксплуатационным испытаниям с целью определения прочности, летных качеств и выявления недостатков. Из десятка подготовленных экземпляров участие в очередном тестировании приняли самолеты №№3358, 3366, 3365, 3361, 3362. Летали на них наиболее опытные летчики-испытатели и летчики, побывавшие в Испании: Туржанский, Губенко, Сапов, Коккинаки, Степанчонок, Пумпур, Шевченко, Смушкевич, Чкалов, Опасов, Агафонов, Захаров, Якушин, Благовещенский, Шишкин. Суммарная оценка этой сборной эскадрильи была весьма схожа с предыдущими: самолет уступает И—15 на 2—3 секунды по времени виража, на фигурах высшего пилотажа ведет себя вяло, нет энергичного перехода; устойчив, хорошо реагирует на дачу газа, обладает высокой прочностью. Слабым элементом назывался кок-обтекатель воздушного винта, который быстро ломался. Кабина летчика была просторнее, чем у И—15, но козырек узкий, искажает видимость. Отмечалась тряска винто-моторной группы (ВМГ), после устранения которой самолет считался пригодным для эксплуатации.