Многое в высказываниях летчиков не увязывалось с концепцией уже проходившего испытания истребителя И-15бис. Требовалось разработать новую конструкцию. Повысить скорость можно было бы установкой мотора мощностью 850-1000 л.с., но моторов подобной мощности в СССР тогда не было. Оставался только один путь — борьба за аэродинамическое совершенство самолета.
По инициативе Поликарпова проектирование нового истребителя началось в июле 1937 г. Ведущим по машине был назначен Д. Л. Томашевич. Для улучшения аэродинамики было решено применить разработанное Томашевичем оригинальное убираемое шасси. На машину предполагалось установить самый мощный двигатель воздушного охлаждения из строившихся в СССР — М-25В. Первые наброски самолета выполнил под руководством Н. Н. Поликарпова и Д. Л. Томашевича недавний выпускник Московского авиационного института М. К. Янгель, впоследствии главный конструктор ракетно-космической техники. Первоначально проект представлял собой полутораплан с закрытой кабиной, нормальным центропланом верхнего крыла и убираемым шасси. Беседы Поликарпова с еще одной группой летчиков, прибывших из Испании, убедили его вернуться к схеме «чайка», вопреки мнению руководства ВВС. Так был разработан новый вариант проекта, получивший обозначение И-153. Однако он не был одобрен НИИ ВВС. Проектирование истребителя, проводившегося в инициативном порядке и не имевшего финансовой и моральной поддержки у руководства авиапромышленности и ВВС, зашло в тупик.
В конце сентября 1937 г. советник командующего испанской авиацией Я. Смушкевич возвратился в СССР. Решением правительства ему было присвоено высокое звание Героя Советского Союза. Вскоре комкора Смушкевича назначили временно исполняющим обязанности начальника ВВС РККА.
2 октября 1937 г. Н. Н. Поликарпов подписал доработанный эскизный проект самолета (заранее предусмотрев в нем установку помимо М-25В более мощного мотора М-62, который еще только проходил испытания) и 11 октября направил его в адрес ВРИД начальника ВВС, а также руководителя главка А. Н. Туполева.
Смушкевич поставил вопрос о необходимости скорейшей разработки и внедрения в серийное производство нового маневренного истребителя на заседании Совета Труда и Обороны Союза ССР. 14 октября 1937 г. Смушкевич направил письмо за № 139144 народному комиссару оборонной промышленности М. М. Кагановичу (копии — главному конструктору самолета И-15 Поликарпову и директору завода № 1 Сидоре) следующего содержания:
«Мною рассмотрен разработанный по инициативе Главного Конструктора тов. ПОЛИКАРПОВА эскизный проект самолета И-153 (модификация И-15бис для 1938 г.); с запроектированными данными этого самолета я согласен.
Прошу срочно дать задание директору завода № 1 тов. СИДОРА немедленно приступить к постройке опытных самолетов И-153 по схеме типа «чайка» и с нормальным центропланом.
Постройку самолетов И-153 организовать заводу № 1 под личную ответственность директора завода № 1 тов. СИДОРА так, чтобы обеспечить передачу опытных образцов на совместные испытания не позднее 1 апреля 1938 г., а войсковую серию в соответствии с постановлением СТО от 11/Х1-с. г. № 174сс во 11-111 квартале 1938 г.».
Однако вопрос о постройке нового истребителя опять повис в воздухе из-за противодействия главка, дирекции завода № 1 и ВВС. Имелось еще одно сопутствующее обстоятельство. 21 октября 1937 г. начальник главка А. Н. Туполев был арестован у себя в рабочем кабинете. По-видимому, на него хотели «списать» просчеты в организации и развитии нашей авиапромышленности, выявившиеся в ходе испанской войны.
«Однажды В. П. Чкалов приехал на завод и с торжеством объявил: «Наконец-то дуба свалили» — это по поводу ареста А. Н. Туполева и его ведущих работников. Н. Н. [Поликарпов] тихо сказал: «Сейчас им очень тяжело», — вспоминал Дмитрий Людвигович Томашевич.
Временно исполняющие обязанности начальника главка — вплоть до назначения на эту должность С. В. Ильюшина — не желали брать на себя никакой ответственности в решении сложных вопросов. Новая волна репрессий захлестывала авиапромышленность. В этих условиях Н. Н. Поликарпов был вынужден вновь обратиться с письмом к Смушкевичу, разъясняя сложившееся положение:
«Несмотря на наши просьбы о необходимости немедленной организации базы для самолета И-15 на заводе № 1, до сих пор ВВС'ом ничего не сделано. Ни Руководство 1-го Главного управления НКОП, ни директор завода № 1 до сих пор также не нашли еще времени обсудить и решить этот вопрос, хотя мы неоднократно их об этом просили.
Вследствие этого создалось положение, что разработанный и одобренный инстанциями инициативный проект нового улучшенного самолета И-153 вот уже два месяца лежит без движения за отсутствием опытной базы. Сегодня я снова ставлю перед Вами вопрос о немедленном создании опытной базы для самолета И-15 на заводе 1 в составе: конструкторского бюро на 60–70 человек, опытной мастерской на 100–120 чел. и звена в Летной станции, в противном случае вопрос о разработке и постройке самолета И-153 снова будет тянуться неопределенно долго, а это сорвет сроки и постановление Правительства», — с горечью писал Николай Николаевич.
Поддержка Смушкевича позволила сломить сопротивление НИИ ВВС и наркомата. Началось изготовление задела деталей для самолета. Темпы работ были невысокими, плановые сроки завершения «успешно» проваливались. Первый экземпляр И-153 (заводской номер 5001) удалось построить лишь в начале мая 1938 г. Его конструкция в целом соответствовала конструкции истребителя И-15. Однако шасси убиралось назад в нижнюю часть фюзеляжа пневматическим механизмом с поворотом стоек колес. Двигатель М-25В вместо кольца Тауненда закрывал капот НАКА (по типу И-16), а ступицу винта — довольно объемный полукруглый кок. Вооружение состояло из четырех синхронных пулеметов ШКАС. Длина самолета равнялась 6,275 м, размах верхнего крыла — 10 м. Заранее проектировалась установка на И-153 более мощного двигателя М-62 и турбокомпрессоров на укороченную на 100 мм мотораму для сохранения центровки.
Профиль крыла по сравнению с И-15 был изменен.
«Крылья самолета И-153 для достижения маневренности и скоростных качеств самолета имеют профиль Clark-УН. Этот профиль обладает очень высоким аэродинамическим качеством, т. е. имеет относительно малое лобовое сопротивление Cxmin = 0,004 при сравнительно большом коэффициенте подъемной силы Cymax = 0,б и малый коэффициент момента при нулевой подъемной силе СтО = 0,017. Отогнутая вверх хвостовая часть профиля делает профиль более устойчивым при различных режимах полета», — говорилось в Техническом описании истребителя.
Хвостовая часть фюзеляжа обшивалась полотном, носовая — дюралевыми панелями. Маслорадиатор располагался в фюзеляже слева у нижнего крыла.
В середине мая 1938 г. А. И. Жуков поднял И-153 в воздух. Через месяц летчик А. В. Давыдов начал испытывать второй экземпляр с опытным мотором М-62. Однако через несколько полетов этот «сырой» мотор пришлось заменить на М-25В.
Государственные испытания первого экземпляра проходили с 27 сентября по 5 октября. Их проводил П. Я. Федрови. Опытный самолет показал преимущество по сравнению с И-15бис. При взлетном весе 1625 кг он развивал максимальную скорость 425 км/ч на высоте 3600 м и 360 км/ч — у земли. Высоту 5000 м И-153 набирал за 6,1 м, время выполнения виража на высоте 1000 м составляло 12 секунд. В отчете о летных испытаниях отмечались чрезмерно задняя центровка с убранным шасси — 34,3 % САХ, перекомпенсация руля высоты, вибрация и хлопанье элеронов, указывалось, что самолет перетяжелен на 100 кг по сравнению с проектом.
