Thiết kế mẫu máy bay tiêm kích thứ 14 cho VVS là I-14, bắt đầu như một máy bay một tầng cánh tiên tiến (cho thời đại) dưới sự chỉ huy của Andrei Tupolev. Ông đã rất lo lắng về những tiến triển của mẫu thiết kế sẽ không hoàn thiện, và thiết kế thêm hai mẫu máy bay hai tầng cánh dự phòng là I-14A và I-14B để bảo đảm chắc chắn. Sau đó Polikarpov đã được phóng thích khỏi nhà tù vào tháng 8-1932, và đã tham gia vào dự án I-14A. Khi cả I-14 và I-14A đều được đưa vào sản xuất, thiết kế của Polikarpov đã trở thành loại I-15 nổi tiếng.
Chuyến bay đầu tiên của I-15 được thực hiện vào tháng 10-1933 do phi công V.P. Chkalov điều khiển. I-15 cũng được biết đến với cái tên là TsKB-3, một máy bay tiêm kích nhỏ hai tầng cánh với cánh trên dạng cánh chim mòng biển. Đây là một phát triển của máy bay tiêm kích I-5. Nó được trang bị một động cơ M-25 700 mã lực (515 kW). Tổng cộng có 674 chiếc được chế tạo.
I-15 đã được sử dụng rộng rãi trong các trận chiến bởi những người Cộng hòa trong Nội chiến Tây Ban Nha và tỏ ra là một trong những máy bay tiêm kích tốt nhất vào thời điểm đó[cần dẫn nguồn]. I-15bis cũng tham gia vào rất nhiều hoạt động ở Manchuria trong những vụ xung đột biên giới khác nhau giữa Nhật Bản và Nga. Năm 1937, những chiếc I-15 đã được gửi cho Không quân Trung Hoa, hoạt động chống lại sự xâm lược của Nhật Bản, tại đây những máy bay hai tầng cánh bắt đầu phải chiến đấu với những máy bay chiến đấu một tầng cánh mới hơn và nhanh hơn của Nhật. Hơn 1.000 chiếc tiêm kích I-15bis vẫn còn được sử dụng trong thời gian diễn ra cuộc xâm lược của Đức quốc xã, lúc này chúng được sử dụng trong vai trò tấn công mặt đất. Cuối năm 1942 tất cả những chiếc I-15 và I-15bis lần lượt chuyển xuống làm các nhiệm vụ ở tuyến thứ hai.
Nguyên mẫu trang bị động cơ piston mạnh hơn M-25V.
I-15
Phiên bản sản xuất hàng loạt đầu tiên.
I-15bis (I-152)
Máy bay tiêm kích hai tầng cánh, trang bị 4 úng máy 7.62-mm (0.30-inch)PV-1 hoặc ShKAS, cộng thêm 150 kg (330 lb) bom. I-15bis trang bị động cơ mạnh hơn là Shvetsov M-25V 570 kW (775 PS). Nó có thiết kế cánh trên thẳng. 2.408 chiếc được chế tạo.
Abanshin, Michael E. and Gut, Nina. Fighting Polikarpov, Eagles of the East No. 2. Lynnwood, WA: Aviation International, 1994. ISBN 1-884909-01-9.
Gordon, Yefim and Dexter, Keith. Polikarpov's Biplane Fighters (Red Star, vol.6). Earl Shilton, Leicester, UK: Midland Publishing, 2002. ISBN 1-85780-141-5.
Gordon, Yefim and Khazanov, Dmitri. Soviet Combat Aircraft of the Second World War, Volume One: Single-Engined Fighters. Earl Shilton, Leicester, UK: Midland Publishing Ltd., 1998. ISBN 1-85780-083-4.
Green, William. Warplanes of the Second World War, Volume Three: Fighters. London: Macdonald & Co. (Publishers) Ltd., 1961 (seventh impression 1973). ISBN 0-356-01447-9.
Green, William and Swanborough, Gordon. "Of Chaika and Chato...Polikarpov's Fighting Biplanes". Air Enthusiast. Issue 11, November 1979-February 1980. Pages 9–29. ISSN 0143-5450.
Léonard, Herbert. Les avions de chasse Polikarpov (bằng tiếng Pháp). Rennes, France: Editions Ouest-France, 1981. ISBN 2-85882-322-7.
Léonard, Herbert. Les chasseurs Polikarpov (bằng tiếng Pháp). Clichy, France: Éditions Larivière, 2004. ISBN 2-914205-07-4.
Maslov, Mikhail A. Polikarpov I-15bis (Wydawnictwo Militaria 199) (in Polish). Warsawa, Poland: Wydawnictwo Militaria, 2004. ISBN 83-7219-178-6.
Stapfer, Hans-Heiri. Polikarpov Fighters in Action, Part 1 (Aircraft in Action number 157). Carrollton, TX: Squadron/Signal Publications, Inc., 1995. ISBN 0-89747-343-4.