Самолет обладал весьма неплохими характеристиками, особенно маневренными (время виража на высоте 1000 м было рекордным – 8 секунд!), что и было успешно подтверждено во время гражданской войны в Испании. Республиканские летчики, в их числе и советские добровольцы, были довольны этим бипланом – ведь он обеспечивал им преимущество в воздушном бою. Здесь, в Испании, мало кому известный поликарпов- ский И-15 (поначалу его даже называли "Боингом") стал знаменитым "Чато" (по испански "курносый") и навсегда вошел в историю как один из лучших истребителей мира своего периода. Слава пришла, однако, несколько поздно, ибо, начиная с самого первого, опытного экземпляра, отношение к И-15 в родном отечестве было неодназначным. Схема самолета встретила противодействие, и прежде всего – со стороны НИИ ВВС. Утверждалось, что наличие схемы "чайка" ведет к неустойчивости пути самолета, затрудняет обзор, особенно при взлете, поиск цели и само прицеливание. Многочисленные попытки Поликарпова с помощью продувки самолета в аэродинамической трубе, а также путем непосредственных демонстраций в полете доказать необоснованность таких утверждений ни к чему не привели. Вокруг машины создавалась нездоровая атмосфера, которой, к сожалению, способствовали и дефекты, и некачественное производственное исполнение. В конце концов серийный выпуск И-15 в 1935 г. был прекращен, а самому Николаю Николаевичу было предложено коренным образом улучшить самолет, ввести в схему машины новый ("нормальный") центроплан, коллектор и подогрев воздуха для двигателя, капот NACA, закрытую кабину и многое другое. Конструктор пошел на некоторые уступки и создал самолет, получивший обозначение И-15 бис. Однако, новая машина заметно "потяжелела" и при облете в конце 1935 г. не показала особенных преимуществ. Поликарпов попытался облегчить конструкцию. Так появилась новая модификация машины, названная И-152 (№3392). Это был чистый биплан, имевший (опять!) кольцо Тауненда вокруг двигателя с короткими патрубками. И- 152 был тяжелее серийного И-15 всего на 40 кг и, казалось, мог стать компромиссом между конструктором и заказчиком. Имея свое видение истребителя. Поликарпов под давлением ВВС вынужден был все-таки уступить им до конца.
И-15 бис (И-152). подготовленный к серийному выпуску осенью 1937 г., был именно таким, каким его желали видеть военные. Именно таким известен он и нам. И хотя в то время Поликарповым был подготовлен и даже утвержден командованием ВВС (в октябре 1937 г.) проект нового самолета И-153. именно И-15 бис был запущен в крупносерийное производство. Сейчас можно только удивляться, но в 1938-39 гг. в СССР большой серией выпускался истребитель с максимальной скоростью полета 370 км/час. До момента прекращения серийного выпуска завод №1 – один из крупнейших советских авиазаводов – изготовил 2408 истребителей И-15 бис. В 1939 г. это предприятие стало выпускать истребители И-1ЙЗ. имевшие максимальную скорость полета на высоте 4600 м – 443 км/час.
Несмотря на то, что И-15 бис оказался явно устаревшим уже к началу своего производства, самолет этот являлся участником пяти различных войн. Войсковые испытания "биса" проводили летчики, побывавшие в Испании – они в целом неплохо отзывались об испытываемом обьекте. Хотя время виража – главного достоинства И-15 – повысилось с 8 до 11-12 секунд, машина стала более устойчивой в любой полетной конфигурации. Это улучшало в бою прицеливание и ведение огня. Скоро состоялось и боевое крещение.
И-15 бис были отправлены в Китай в числе другой советской боевой техники с целью оказания помощи китайскому народу в борьбе с японцами. Эти самолеты применялись там совместно с И-16 – согласно тактике взаимодействия маневренных и скоростных истребителей. Очень скоро обе машины получили китайские прозвища: И-15 бис стал называться "чиж", И-16 – "ласточка". Главным оружием "ласточек" была скорость, но и маневренные "чижи" летали быстрее большинства японских самолетов. Основной противник наших "птиц" – истребитель биплан И-95 (Ки. 10) – уступал еще и в маневренности, и в скороподъемности. Что уж было говорить про бомбардировщики! Оказался уязвим для огня четырех пулеметов "чижа" закупленный японцами в Италии двухмоторный бомбардировщик BR-20 "Аист".
Вторая война для И-15 бис – в Монголии весной-летом 1939 г.. более известная под кратким названием Халхин-Гол. Появление у японцев ко времени этого конфликта кроме ранее известных истребителей И-96 (А5М) новых, И-97 (Ки.27). ограничило боевые возможности И-15 бис – он уступал этим самолетам в скорости. Впрочем, и советская сторона была представлена новинками: истребителем И-153 "Чайка" и пушечным И-16.