По мнению авторов "Самолетостроения…", высокую боеспособность и превосходство И-15 по сравнению с другими, даже более современными маневренными бипланами обеспечивала высокая энерговооруженность в широком диапазоне высот, благодаря мощному мотору с нагнетателем, и малый вес конструкции. Кроме того, у И-15 были отличные пилотажные качества из-за хорошей аэродинамики и рациональной компоновки. Также отмечались высокая боеживучесть мотора М-25 воздушного охлаждения по сравнению с двигателями жидкостного охлаждения, хорошие взлетно-посадочные качества и довольно эффективное вооружение.
Однако, сравнивая и оценивая достоинства и недостатки истребителей, следует иметь в виду, что успех в бою напрямую был связан не только с качественным превосходством или недостатками техники, но обязательно и с тактикой ее использования. Здесь в первую очередь важен боевой опыт летчиков. Как писал Г.Захаров, "уже потом, повоевав, набравшись опыта в боях, мы естественным путем пришли к пониманию тактики современного по тем меркам воздушного боя. А поначалу летчики не учитывали даже таких тактических азов, как заход в атаку со стороны солнца. Поэтому нередко начинали бой из заведомо невыгодной позиции. Основными же нашими козырями в первые дни боевой работы были исключительная маневренность И-15 и индивидуальное мастерство пилотов".
Японцы утверждают, что между И- 15 и А5М, пилотируемыми летчиками одного класса, в классическом ближнем маневренном бою оказалось мало разницы, но считают, что в среднем японские пилоты были лучше обучены по сравнению с советскими. Зато наши умело пользовались значительно большим весом секундного залпа своих самолетов и наличием бронеспинок (они появились не сразу). Советские истребители поначалу были очень трудными противниками для японцев, имевших на А5М лишь два пулемета винтовочного калибра.
С 1938 г. в Китай стали поставлять модификацию И-15бис. Верхнее крыло сделали прямым (без "чайки"), конструкцию усилили по опыту эксплуатации И-15, улучшили капотирование мотора М-25В с большей мощностью и высотностью. Вооружение – четыре синхронных пулемета ПВ-1 (как у И- 15 в перегрузочном варианте). В итоге вес возрос на -300 кг (-20%), из-за чего ухудшилась маневренность и скороподъемность, несмотря на увеличение мощности. Негативно проявилось большее по сравнению с "чайкой" аэродинамическое сопротивление верхнего крыла. Тем не менее по маневренности и скороподъемности И-15бис оставался одним из лучших бипланов своего времени. На высотах до -3,5 км он превосходил по скорости, скороподъемность и вооружению Ки 10. Однако, несмотря на организованное тактическое взаимодействие "маневренных" И- 15бис и "скоростных" И-16, боевые возможности "бисов" были явно недостаточны для борьбы с истребителями "тип 96" и "тип 97", да и скорости новых японских бомбардировщиков непрерывно увеличивались.
