Bij de aanvang van de Tweede Wereldoorlog bestond bijna 75% van het Sovjet-jager bestand uit Polikarpov-jagers van het type I-15, I-152, I-153 en I-16. Van deze kleine gedrongen jagers zijn eigenlijk alleen de eendekkers van het type Polikarpov I-16 bekend geworden. Van minstens net zoveel belang zijn echter de tweedekker voorgangers van dit type geweest, de I-15, I-152 en I-153. Deze vliegtuigen hebben hun nut bewezen in de Spaanse Burgeroorlog, waar zij één van de eerste toestellen waren die door de Sovjet-Unie naar Spanje werden gezonden. Een ander land dat ze gebruikte in het begin van de Tweede Wereldoorlog was China, waar ze de eerste verdediging vormden tegen de binnenvallende Japanners. Ook in de diverse oorlogen tussen de Sovjet-Unie en Finland zijn ze ingezet en wel aan beide zijden. Bij de Duitse inval in de Sovjet-Unie waren deze vliegtuigen bij de eerste die het tegen de Luftwaffe moesten opnemen.

Vliegtuigontwerper N.N. Polikarpov ontwikkelde toen hij in 1932 uit de gevangenis werd vrijgelaten een nieuw vliegtuig op basis van de Polikarpov I-5 jager. Dit toestel werd aangeduid als de TsKB-3. Het meest kenmerkend aan dit toestel was wel de "meeuwvormige" bovenvleugel. Nabij de romp was deze vleugel geknikt en bevestigd aan de romp zelf. Hierdoor ontstond een zeer goed uitzicht voor de piloot, een bouwwijze die we ook bij een aantal Poolse vliegtuigtypen tegenkomen.

Het vliegtuig was opgebouwd uit houten vleugels en een romp van metalen buis. De voorzijde van de romp was bekleed met metalen plaat en de achterzijde met linnen. In oktober 1933 vloog het eerste prototype met normaal, met wielen uitgerust, onderstel. In december van datzelfde jaar vloog het tweede toestel, uitgerust met ski's.

Al snel begon men met de productie van de Polikarpov I-15. Aangezien de geplande in licentie te bouwen Wright-Cyclone M-25 motor nog onvoldoende beschikbaar was werden de eerste tweehonderd toestellen uitgerust met de M-22 motor. Vanaf 1936 werden alle toestellen met de geplande motor uitgerust.

Tussen 1937 en 1938 kreeg men twijfels over het vleugeltype en heeft men de toestellen uitgerust met een normale rechte bovenvleugel. Vanaf 1938 werd dit weer gewijzigd nadat tests hadden uitgewezen dat de meeuwenvleugel aerodynamisch beter was.

De I-15 is operationeel ingezet in de Spaanse Burgeroorlog, waar het een geliefd toestel was van de Republikeinse piloten. De Republikeinse regering kreeg 186 exemplaren van de Sovjets en bouwden er zelf 237 (I-15, I-152 en I-153). De prestaties waren zo goed dat het zich zelfs met de eerste versies van de Messerschmitt Bf 109 kon meten. Vanaf oktober 1936 is het toestel met wisselend succes ingezet door de Republikeinse luchtmacht en vormde het hoofdbestanddeel van haar jagers. Het toestel is gebruikt door de luchtmachten van Spanje (republikeinen en nationalisten) en de Sovjet-Unie.

Ontwikkeld in 1937 uit de I-15 met nu standaard een rechte bovenvleugel en een sterkere motor. De aanvankelijke aanduiding was TsKB-3bis of ook wel I-15bis. Dit type werd gebruikt door de Sovjets tussen 1938 en 1944 in de oorlogen met Finland en in de oorlog met Duitsland.

Finland zelf heeft gedurende de Winteroorlog vijf I-152 toestellen buitgemaakt en in gebruik genomen als jachttrainers. In 1945 werden ze door Finland buiten dienst gesteld.

De Spaanse Republikeinen kregen het toestel geleverd vanaf 1939. Na afloop van de Spaanse Burgeroorlog gingen de toestellen over naar de Spaanse nationalistische luchtmacht.

De Chinese luchtmacht gebruikte het toestel in de oorlog met Japan en met name tussen mei en september 1939 bij de gevechten rond de Halhin-Gol rivier. China heeft in totaal 185 toestellen van dit type ingezet en heeft hulp gekregen van maar liefst vier squadrons Sovjet-vrijwilligers uitgerust met de I-152.

Ondanks de opkomst van de eendekker jager in de Spaanse Burgeroorlog dacht de Sovjet-Unie nog steeds dubbeldekker jagers nodig te hebben en liet in 1939 uit de I-152 de I-153 ontwikkelen. De meeuwenvleugel van de I-15 werd weer toegepast en het toestel kreeg een intrekbaar landingsgestel. Het toestel werd ook wel aangeduid met I-15ter

In de Winteroorlog tussen Finland en de Sovjet Unie wist Finland acht toestellen buit te maken. Tijdens de Vervolgoorlog werden er nog eens drie buitgemaakt en in 1942 werden er nogmaals negen exemplaren overgenomen van Duitsland, die ze tijdens Operatie Barbarossa had buitgemaakt. Na latere aanvullingen hebben er totaal 21 I-153's bij de Finse luchtmacht gevlogen. De Finnen hebben ze vanaf de Vervolgoorlog in 1941 ingezet als onderzeebootbestrijders en als grondondersteuningsvliegtuig. Door het Sovjet luchtoverwicht werden ze echter ook als jager ingezet. De toestellen werden in 1945 uit de dienst teruggetrokken. Bij de inval in de Sovjet-Unie wist de Luftwaffe een onbekend aantal toestellen in beslag te nemen. De meeste hiervan gingen naar de JVS 3 Wien-Schwegat als opleidingsvliegtuig.

China heeft in de strijd met Japan in totaal 93 toestellen I-153 gebruikt.