Почти одновременно с И-14, над которым работала в ОКБ А. Н. Туполева бригада П. О. Сухого, конструкторский коллектив, возглавляемый Н. Н. Поликарповым, передал на испытания новый маневренный истребитель И-15, смешанной конструкции.

Схема И-15 — расчалочный одностоечный полутораплан. Колеса неубираемого шасси закрыты обтекателями. Каркас фюзеляжа — ферменный, сварной из стальных труб. Каркас крыльев — деревянный, оперения — дюралевый. Обшивка везде полотняная. Вооружение — первоначально два, а затем четыре пулемёта ШКАС. Изогнутое верхнее крыло типа «чайка» уменьшало общее аэродинамическое сопротивление самолёта и улучшало обзор из кабины. Площадь верхнего крыла — 14,0 м2, нижнего — 7,9 м2. Вес пустого самолёта — 960 кг, взлётный — 1369 кг. Самолёт был принят к серийному производству и строился несколько лет первоначально с двигателем М-22 в 480 л.с., затем с М-25 в 630/715 л.с.

Истребитель И-15 в те годы не имел себе равных по маневренности на горизонталях. Вираж на нём выполнялся за 8 секунд. Лётчики очень любили этот самолёт за его устойчивость на всех режимах полёта, простоту пилотирования и хорошие взлётно-посадочные качества. Скорость у земли — 315 км/час, на высоте 3 тыс. м — 367 км/час, потолок — 9800 м. На несколько облегченном И-15 лётчик В. К. Коккинаки 21 ноября 1935 года установил мировой рекорд подъема на высоту без груза — 14 575 м.

Первую боевую проверку И-15 прошли в небе Испании. Активное участие принимали подразделения, вооруженные самолётами И-15, в разгроме японских захватчиков в районе реки Халхин-Гол. Небольшое количество И-15 использовалось в боях с белофиннами и в качестве штурмовиков в первые месяцы Великой Отечественной войны