Мероприятия по снижению веса были реализованы 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 этот самолет установили уширенное кольцо Тауненда, что дало снижение массы на 15,5 кг. Использование отдельных выхлопных патрубков обеспечило выигрыш еще 15,6 кг. Эти и другие мероприятия позволили снизить взлетную массу с 1750 кг до 1590 кг. Кроме того, изменили козырек кабины пилота, приборную доску, обтяжку крыльев.
Первый полет модифицированного «биса» состоялся 22 ноября 1937 г. Затем полеты продолжались вплоть до апреля 1938 г. Признавалось, что летные качества самолета № 3392 остались на уровне других И-15бис: максимальная скорость составила 360 км/ч на высоте 3000 м, время виража 10,5-11с, посадочная скорость 80-90 км/ч. Таким образом, заметных улучшений добиться не удалось, и совершенствование машины в этом направлении прекратили. Одновременно часть предложенных на самолете № 3392 мелких доработок внедрили на серийных И-15бис.
Осенью 1937 г. группу таких машин (№№3358,3366, 3365, 3361,3362) подвергли ресурсным и эксплуатационным испытаниям. Летали наиболее опытные летчики-испытатели и пилоты, побывавшие в Испании: Туржанский, Губенко, Салов, Коккинаки, Степанчонок, Пумпур, Шевченко, Смушкевич, Чкалов, Опасов, Агафонов, Захаров, Якушин, Благовещенский, Шишкин. Суммарная оценка этой сборной эскадрильи была весьма схожа с предыдущими. По времени виража самолет уступает И-15 2-3 секунды, на фигурах высшего пилотажа он ведет себя вяло, нет энергичного перехода. Устойчив, хорошо реагирует на дачу газа, обладает высокой прочностью. Слабым элементом называли кок-обтекатель воздушного винта, который быстро ломался. Кабина оказалась просторнее, чем у И-15, но узкий козырек искажал видимость. Отмечалась тряска ВМГ, после устранения которой самолет считался пригодным для эксплуатации в войсковых частях ВВС РККА.
И-152
Частое использование обозначения И-152 для определения И-15бис заставляет выделить описание самолета в отдельную небольшую главу. История появления обозначения связана с проектом И-153. Эта машина поначалу предполагалась как эталон И-15бис на 1938 г., отличающийся убираемым шасси и индивидуальными выхлопными патрубками. Двигатель М-62 указывался как перспективный, однако строить первые машины предполагалось с М-25В. В процессе работы Поликарпов вновь вернулся к схеме «чайка», в которой развал верхнего центроплана по сравнению с ранней машиной увеличился.
