И-15 первый боевой опыт получил в 1936 году в Испании, где советская боевая техника и советские военнослужащие и специалисты принимали участие в боевых действиях на стороне республиканского правительства против фалангистов генерала Франко и действовавших на его стороне во время гражданской войны 1936–1939 годов. Прозванные испанцами «Chato» («курносый») советские истребители вели действия против авиации франкистов и действовавших на их стороне пилотов итальянского экспедиционного корпуса и немецкого «Легиона Кондор». В 1938 году был начат выпуск И-15бис, отличавшегося в первую очередь более мощным двигателем М-25В и новым капотом NACA, а также прямым центропланом верхнего крыла вместо характерного V-образного излома у И-15.
В боевых частях И-15бис оставались до 1942 года, после чего были переведены в учебные подразделения. Боевое применение преимущественно ограничивалось нанесением штурмовых ударов по позициям и боевым порядкам противника. Для этих целей на истребители устанавливались бомбодержатели, рассчитанные на поднятие до 150 кг бомб, и направляющие 82-мм реактивных снарядов.
До 1944 года (а в отдельных случаях и до 1945 года) эти самолеты продолжали службу во внутренних округах и на Дальнем Востоке, однако в боевых действиях против Японии в сентябре 1945 года участия уже не принимали.
Одним из самых массовых истребителей в парке советских ВВС на момент начала войны оказался И-153 «Чайка», получивший такое наименование благодаря возврату к характерной форме центроплана верхнего крыла.
Созданный в 1939 году последний советский серийный истребитель-биплан имел убирающееся шасси, 800-сильный двигатель М-62 обеспечивал скорость до 462 км/ч, вооружение состояло из четырех 7,62-мм пулеметов ШКАС. Достоинством самолета оставалась высокая маневренность – время выполнения виража составляло всего 12–13 с. Последний советский биплан принимал участие в боевых действиях против японцев в конфликте у реки Халхин-Гол и в Советско-финляндской войне 1939–1940 годов.
На 22 июня 1941 года в авиаполках ВВС Западных округов насчитывалось более 1500 истребителей И-153, принявших участие в первых боях против люфтваффе. На «Чайках» встретил войну ряд прославленных впоследствии советских асов, в числе которых были Г. Речкалов, А. Клубов, Амет-Хан Султан.
Уже к осени 1941 года И-153 преимущественно были сосредоточены в частях ПВО, привлекаясь в прифронтовой полосе к действиям по наземным объектам. Уже к концу 1941 года численность «Чаек» в боевых частях ВВС, ПВО и авиации флота составляла около 300 машин. Дольше всего они оставались в строю в ПВО Баку, где летом 1942 года еще насчитывался 141 самолет. Окончательно «Чайки», выпущенные общей численностью в 3437 машин, исчезли из боевых частей в 1943 году.
Хотя схема биплана уже явно исчерпала себя, тем не менее у Поликарпова предприняли еще одну попытку ее реализации. С начала 1938 года в КБ велась работа над истребителем-бипланом И-190 с мотором М-88 мощностью 1100 л.с. Однако задержка с доводкой двигателя и наличие других, более приоритетных задач привели к тому, что опытный самолет был создан только к концу 1939 года, при этом полученные характеристики оказались далеки от ожидаемых – так, скорость достигала значения всего 410 км/ч. Работу над последним поликарповским бипланом тем не менее продолжали вплоть до февраля 1941 года, однако добиться скорости 500 км/ч так и не удалось – предельным стало значение 488 км/ч. 13 февраля в очередном полете опытный самолет потерпел аварию из-за остановки двигателя и уже не восстанавливался.
Более трети парка советских истребителей по состоянию на июнь 1941 года составляли истребители И-16.
Без преувеличения, один из лучших в мире истребителей второй половины 30-х годов был создан еще в 1934 году и участвовал во всех вооруженных конфликтах, где была задействована советская авиация, – от гражданской войны в Испании до Зимней войны против Финляндии.
«Ишачок», как прозвали машину, являлся представителем нового поколения боевых самолетов. При создании скоростного моноплана конструкторы стремились максимально снизить аэродинамическое сопротивление, чему способствовали небольшие размеры машины, крыло малой площади, убираемое в полете шасси. Для повышения маневренности самолету придали заднюю центровку. Следует отметить, что подобная компоновка применяется и в современных истребителях, но в отличие от машин конца ХХ века, на истребителе Поликарпова автоматизация управления отсутствовала и поэтому И-16, требовавший от летчика постоянного внимания, оказался достаточно строгим в пилотировании.
В июне 1941 года в составе авиационных полков ВВС Западных округов числилось 1770 истребителей И-16, еще 330 машин находилось в частях ВВС Балтийского и Черноморского флотов, а в целом на вооружении советской истребительной авиации имелось более 4260 машин.
Совершенствование И-16 продолжалось вплоть до 1940 года. Истребитель самой массовой предвоенной модификации – И-16 тип 24 – оснащался 900-сильным двигателем М-63 мощностью 900 л.с., развивал скорость до 460 км/ч при скороподъёмности 882 м/мин.
К 1941 году потенциал машины был практически исчерпан, однако «ишачки», вопреки бытующему мнению, отнюдь не были беспомощны даже в противостоянии с более современными истребителями Мессершмитта. Хотя И-16 и проигрывал немецким самолетам в вертикальном маневре и скорости (причем если превосходство Bf.109F над советским самолетом было достаточно значительным, то Bf.109E в скорости у земли имел сравнительно небольшое преимущество), он при этом имел лучшую горизонтальную маневренность и тяговооруженность. Вооружение большей части И-16 составляли четыре 7,62-мм пулемета ШКАС, но модификации «тип 17» и его развитие – «тип 27» и выпускавшийся в 1940 году «тип 28» – оснащались двумя 20-мм пушками ШВАК, что уравнивало истребители этих серий с противником и в огневой мощи. Достаточно сказать, что еще в 1942 году – в наиболее сложный для советской авиации период – командованием ВВС всерьез рассматривался вопрос о возобновлении массового выпуска И-16. Значительная часть первых потерь, понесенных люфтваффе над советской территорией, приходилась на долю летчиков, сражавшихся именно на И-16. Так, первый в годы войны дважды Герой Советского Союза Борис Сафонов (указ о награждении летчика второй Золотой Звездой был издан после его гибели 30 мая 1942 года) в период с июня по октябрь 1941 года одержал на И-16 не менее 10 побед.
Однако отставание И-16 от более современных истребителей все же давало себя знать. К концу 1941 года численность И-16 во фронтовых частях не превышала 300 единиц. Тем не менее самолет еще достаточно долго оставался в строю. В частности, до марта 1943 года И-16 находились в составе одной из эскадрилий 4-го гвардейского иап ВВС ВМФ (до января 1942 года – 13-го иап ВВС Балтийского флота), прикрывавшего осажденный Ленинград и выполнявшего задачи прикрытия с воздуха трассы снабжения по льду Ладожского озера, известную как Дорога жизни. На вооружении авиации ПВО и флота И-16 оставались вплоть до 1944 года, во фронтовой авиации единичные машины несли службу до конца 1943 года.
Всего за период производства – с 1934 по 1940 год – было выпущено более 6600 истребителей И-16 различных модификаций. Кроме того, было построено более 3400 учебных самолетов УТИ-2 и УТИ-4 (И-16 тип 15).
