В 1938 г. КБ Поликарпова еще раз модернизировало свой биплан, установив на нем убираемые вручную шасси. Так, появился И-153 «Чайка». Поскольку как истребитель он уже устарел, то самолет, по уже сложившемуся обычаю, решили переделать в штурмовик. Первой ударной модификацией стал И-153БС, на котором установили четыре крупнокалиберных пулемета УБС и направляющие для восьми реактивных снарядов РС-82. Однако на испытаниях, проведенных в НИИ ВВС, выявилась плохая надежность 12,7-мм пулеметов, дававших частые отказы. Тогда от них решили отказаться в пользу двух 20-мм пушек ШВАК, которые, впрочем, тоже не отличались высокой эффективностью. В итоге появился И-153П, ставший чистым штурмовиком. Он был вооружен двумя пушками, мог поднимать 100-кг бомб или шесть «эрэсов». Остававшиеся в частях И-15бис к концу 30-х годов также были переделаны в штурмовики.
Тем временем качество производимых самолетов оставляло желать лучшего. Акты и отзывы ВВС за 1939 г. свидетельствуют о массовых отказах амортизаторов, обрывах хомутов, кронштейнов креплений, разрывах сварных швов, прогорании выхлопных патрубков, образовании трещин на моторамах и т. п. Нередко ломались тормозные диски, вызывая самоторможение самолета при взлете и посадке, выходило из строя вооружение. Директора авиазаводов неоднократно получали письма из различных инстанций с указанием на низкое качество самолетов: «…обо всех дефектах заводы неоднократно ставились в известность, однако ничего не сделано. Сообщения о конструкционных и производственных дефектах поступают сплошным потоком, причем преобладающее количество является многократно повторяющимся, что свидетельствует об игнорировании актов о дефектах и призывов по борьбе за снижение аварийности». Наиболее опасными причинами аварий являлись выпадение стекол фонаря кабины, отрыв крыльев, течь бензобаков и топливной системы.
Одной из немаловажных причин подобного положения являлась низкая эффективность военной приемки. Так, в переписке между руководством авиазавода № 21 и военпредом отмечался ряд случаев отправки готовой продукции в другие цехи без санкции ОТК и военпреда. Например, 7 июня 1939 г. из-за перекосов узлов приемка забраковала девять костылей, но все они были отправлены на дальнейшую сборку. 15 августа военпред отклонил девять ножных управлений, причем повторно, но и их все равно отправили дальше в цех № 10 и т. д. Имелись также случаи, когда самолеты, непринятые приемкой, все равно отправлялись в воинские части, а порой готовая продукция и вовсе не предъявлялась на приемку. Массовые поломки и аварии снижали темпы и качество летной подготовки, подрывали боеспособность частей. В итоге иногда из 20 самолетов 19 требовали капитального ремонта и простаивали.
Боевое применение «штурмовиков» И-15бис и И-153 в ходе гражданской войны в Испании продемонстрировало их крайне малую эффективность. Пулеметы ШКАС, годившиеся только для обстрела пехоты в упор, на расстоянии 150–200 метров давали большое рассеивание, а для стрельбы по бронемашинам, танкам и артиллерии были вообще бесполезны. Да и надежность механизмов оставалась все той же. Реактивные снаряды также не оправдали себя из-за очень низкой кучности. А вероятность попасть в цель одной– двумя 50-кг бомбами была мизерной. Поэтому штурмовка русских бипланов франкистских позиций производила лишь сильный внешний эффект, но не более того.
Полнейшим крахом закончились попытки создания специальных штурмовых самолетов во второй половине 30-х годов. Это было связано не только с ограниченными возможностями промышленности и нехваткой грамотных конструкторов и технологов, но и с отсутствием конкретного представления, как вообще должен выглядеть штурмовик. Советский авиапром всегда был зависим от импорта и иностранного влияния. Так, благодаря сотрудничеству с Рейхсвером в 20-е годы ХХ века появилось целое семейство «немецкообразных» самолетов И-4, У-2, Р-5 и др. Однако хаотичные заимствования в 30-е годы совершенно запутали конструкторов, работников НКАП и руководство страны.
В 1937 г. в НИИ ВВС РККА был испытан прототип штурмовика БШ-1 конструкции С. А. Кочеригина. Это была советская копия американского самолета Vultee V-11, оснащенного советской же копией американского же мотора «Райт Циклон». Результаты оказались из ряда вон плохими. При полетном весе в 4 т самолет поднимал всего 200-кг бомб. При этом высоту 5000 метров он набирал целых 20 минут. Управляемость машины оказалась никуда не годной, а двигатель быстро ломался. В итоге начавшееся производство БШ-1 было остановлено, а собранные машины передали Аэрофлоту.