虽然I-15的改良型I-15bis（I-152）在1937年已经量产，但苏联设计局仍预计将新科技搭配在这台I-15改良型上。由工程师阿列克谢·雅·谢尔巴科夫（Aleksei Ya Shcherbakov）主导的团队在保留原先机身设计下将前机身前段更换为由铬钼钢结构包覆铝合金蒙皮、后段仍维持纺织蒙皮结构，尾舵则为铝合金骨架搭配纺织结构；换装使用一级二速机械增压器并增强出力的Shvetsov M-62发动机、以更高射速的ShKAS机枪汰换PV-1机枪、上翼以海鸥式主翼取代I-15的克拉克YH翼，下翼保留了I-1