Проект двухместного И-15бис, предназначенного для обучения и тренировки летчиков, в КБ Поликарпова подготовили в течение лета 1937 г. Самолет получил обозначение ДИТ — двухместный тренировочный истребитель. Дополнительную переднюю кабину на нем оборудовали на месте основного топливного бака. Чтобы сохранить прежний запас горючего (320 л), установили три бака: один на 70 л по левому борту первой кабины, второй на 170 л — под полом первой кабины, третий на 80 л — под полом второй кабины. Управление самолетом и приборное оборудование находились в обеих кабинах. Для удобства посадки в переднюю кабину вырез центроплана по сравнению с И-15бис заметно увеличили, в задней его кромке сделали отверстия для захвата руками. Стрелковое вооружение ДИТ состояло из двух синхронных ШКАСов с запасом по 250 патронов на пулемет. Козырек передней кабины имел плоские грани и был оборудован прицелом ПАК-1. В задней кабине козырек обрезали и сбоку установили кольцевой прицел.
Известно о трех построенных экземплярах ДИТ, они имели обозначение ДИТ-1, ДИТ-2, ДИТ-3. Предполагалась серия на авиазаводе № 207 (Долгопрудный), которая не была осуществлена.
ДИТ-1 № 5128 и ДИТ-2 № 5337 постройки авиазавода № 1 летали весной — летом 1939 г, ДИТ-3 появился в конце лета. В облетах участвовали летчики Пумпур, Ларюшкин, Давыдов, Жуков, Туржанский. Общее впечатление о машине было вполне благоприятным, техника пилотирования не отличалась от И-15бис. «Самолет ДИТ дает полную возможность управления как из задней кабины, так и из передней, на всех режимах полета. Устойчивость по всем трем осям хорошая, допускает ошибки в пилотировании. ..Имея запас горючего 320л, обеспечивает продолжительность полета на средних режимах мотора порядка 2 часа 20 мин. Нормально входит и выходит из штопора». Недостатком считалась близость приборной доски к пилоту во второй кабине — сказывались малые размеры машины.
Хотя самолеты ДИТ распространения не получили, три построенных образца использовались максимально эффективно. Один экземпляр применялся для служебных полетов в НИИ ВВС. Так, 18 мая 1940 г. летчик Давыдов с наблюдателем Ерышевым летали на ДИТе для наблюдения за штопором самолета И-180.
Другие два экземпляра в 1940 г. направили в район Севастополя. В дальнейшем они участвовали в боевых действиях. Известно, что два ДИТ использовались в качестве разведчиков и корректировщиков артогня на Южном фронте в районе Новороссийска в 1942-43 годах. Согласно воспоминаниям очевидцев, они были окрашены мелкими пятнами песочного цвета.
В связи с освоением двигателя М-62 мощностью 800 л.с., в 1939 г. часть И-15бис решили оснастить такими моторами. Кроме построенных на заводе № 1 двадцати семи И-15бисМ-62, предполагалось непосредственно в частях производить замену М-25В на новые двигатели.
В ходе испытаний опытного И-15бис № 5237 удалось получить некоторое улучшение летных характеристик, в частности, максимальная скорость на высоте 4200 м составила 400 км/ч. Летали летчики А.Ф. Тамара (начальник ЛИС завода № 1), к-н К.К. Коккинаки (младший брат Владимира Коккинаки), Б.А. Туржанский, А.И. Залевский. 16 мая 1939 г. эта машина, пилотируемая комбригом Залевским, была разбита у станции Новосельцы, в 15 км от Лобни (под Москвой). Причина оказалась банальной — самолет забыли дозаправить перед повторным вылетом.
Еще один И-15бис М-62 № 5739 проходил эксплуатационные испытания с 13 января по 22 марта 1940 г. Летали А.И. Залевский от завода № 1 и Федрови от НИИ ВВС. Одной из задач при этом являлось испытание М-62 до полного износа. На самолете совершили 479 взлетов и посадок, выполнили 2053 фигуры высшего пилотажа.
В начале 1930-х годов достаточно большой интерес вызывали прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД). Первые советские ПВРД построил инженер И. Меркулов. Летом 1939 г. он предложил использовать их в качестве дополнительной силовой установки для увеличения максимальной скорости истребителей с поршневыми двигателями. В качестве горючего предполагалось использовать авиационный бензин из основного бака, «прямоточки» поэтому назывались «дополнительными моторами» (ДМ).
Первый такой двигатель, получивший обозначение ДМ-1 (диаметром 240 мм), прошел стендовые испытания во второй половине 1939 г. В сентябре изготовили более мощные двигатели ДМ-2, длина их составляла 1500 мм, максимальный диаметр 400 мм, диаметр выходного сопла 300 мм. Весил двигатель вместе с элементами крепления всего 19 кг. После успешных испытаний в аэродинамической трубе ДМ-2 установили под нижними плоскостями истребителя И-15бис. Хвостовую часть самолета во избежание загорания в воздухе обшили металлическими листами.
Летные испытания ПВРД на И-15бис начались 25 января и продолжались по июль 1940 г. Они велись на скоростях 320-340 км/ч. При включении ДМ скорость увеличивалась на 18-22 км/ч. Всего было проведено 54 таких полета. Летали Логинов, А. Давыдов, Н. Сопоцко и старейший московский испытатель Александр Жуков.
И-15бис ГК и его гермокабина. Аэродром авиазавода № 289 в Подлипках, август 1939 г.
Самолет ДИТ-1 (зав. № 5128) в ходе испытаний. Лето 1939 г.
И-15бис ТК (зав. №№ 5976, 5977, 5978), полностью прошедшие заводские испытания. Конец сентября 1939 г.
До 1937 г. в СССР существовал единый стандарт покраски армейских самолетов: зеленый верх, голубой (серо-голубой) низ. Боевые действия в Испании (в первую очередь, но не только они) привели к определенной смене приоритетов — от наземной маскировки к маскировке в воздухе. Оказалось, что самолеты, окрашенные в серый цвет, трудно различимы в воздушном бою, а в условиях сильной дымки на определенном удалении просто «растворяются» в воздухе. Уже летом 1937 г. на совместном совещании ГУАП и ВИАМ было решено: «Всю поверхность фюзеляжей монокок, а также нижние поверхности крыльев окрашивать в серебристо-алюминиевый матовый цвет. Верхнюю поверхность крыльев и фюзеляжей, имеюш.их гранную форму (так в тексте, имелись в виду граненые фюзеляжи самолетов типа И-15. — Авт.), окрашивать в защитный цвет».
В серии И-15бис окрашивались сверху защитной зеленой краской, снизу — серебристой, небольшое количество машин красили полностью в серо-серебристый цвет. При внедрении в производство И-153 авиазавод № 1 окончательно перешел на серо-серебристую окраску.
Решение о нанесении стандартной камуфляжной окраски появилось в июне 1941 г. В соответствии с принятой схемой, самолеты зеленого цвета камуфлировали черными пятнами. Звезды на верхней поверхности крыльев по новой инструкции следовало закрасить. Работы по нанесению защитной окраски вели уже после начала войны. На фронте в первый период было много импровизаций, чаще всего накрашивали небольшие зеленые или черные пятна.
Гоминдановские И-15бис на полевом аэродроме в Китае
Китайский летчик возле своего И-15бис
Авария И-15бис, ставшего трофеем японцев
В конце 1938 г. в связи с блокадой морских коммуникаций военные поставки республиканцам из СССР осуществлялись через Францию. В декабре первые 30 И-15бис морским путем доставили во Францию. В январе 1939 г. самолеты перелетели на территорию Испании, где из них сформировали отдельную эскадрилью под управлением к-на Эмилио Галера (Emilio Galera Macias). В соответствии с принятой системой обозначений, эти аппараты получили в Испании наименование СС («супер чатос»). До падения Каталонии эскадрилья прошла ускоренное обучение и тренировку на новом истребителе. Один самолет при этом разбили. Оставшиеся 29 аппаратов в течение января использовали только для атак наземных целей. Эксплуатация И-15бис у фронтовых летчиков особого оптимизма не вызывала, они не считали новый самолет более эффективным, чем обычный И-15. При этом отмечали более качественное производственное исполнение самолета, аккуратное и добротное приборное оборудование, отличную устойчивость на всех полетных режимах и более высокую скорость пикирования.