Nie wszystkie usprawnienia udało się wprowadzić w samolotach seryjnych. Kółko ogonowe zaczęło być montowane dopiero od 1939. Wcześniej stosowana była płoza ogonowa. Zamkniętej kabiny pilota nie udało się, pomimo wielu wysiłków, wprowadzić. Piloci doświadczalni, a także piloci wojskowi nie zaakceptowali nowej kabiny. Z tego powodu nowy samolot miał w dalszym ciągu otwartą kabinę pilota, osłoniętą tylko wiatrochronem. Produkcję seryjną samolotu rozpoczęto w Fabryce nr 1 w Moskwie. Pierwszy płatowiec był gotowy w kwietniu 1937. Próby państwowe samolotu I-15bis odbyły się w okresie sierpień-październik 1937. Wykazały one jego całkowity brak zdolności bojowych. Mimo to produkcję kontynuowano. W 1937 wyprodukowano około 100 samolotów. Równocześnie podjęto działania w celu dalszego ulepszenia samolotu. Dążono do obniżenia jego masy. Mimo to jednak ocena pilotów wojskowych była dla niego nieprzychylna. Oceniali oni nowy samolot jako gorszy od I-15. Samolot był bardziej ospały w trakcie wykonywania akrobacji. Kołpak śmigła ulegał szybko uszkodzeniom. Kabina pilota była większa niż w I-15, lecz źle oceniono wiatrochron, który był zbyt wąski, a także zniekształcał widoczność. Zwrócono też uwagę na zwiększone drgania silnika.