Ввод в строй И-96 совпал с обострением конфликта между Китаем и Императорской Японией. В ходе первых вылетов выяснилось, что дальности в 800 км не хватает при вылетах над материковой территорией. Увеличение требований по дальности нашло отражение в характеристиках И-0 следующего поколения. При равной горизонтальной и лучшей вертикальной маневренности И-96 превосходил И-95 на 50 км/ч, чего хватало для подавляющего превосходства над монопланом P-26 и бипланом производства США. ВВС Китая имели на вооружении также истребительную авиацию советского производства, в том числе монопланы И-16, которые оказались опасным противником для новейших японских машин. С осени 1937 г. в Китае была сформирована сводная авиабриагада № 2 ВМС (САП № 12-13 ВМС, рота ИАЭ Кага). В начале сентября ротный ИАЭ Кага (капитан-лейтенант Т. Накадзима) сбил тройку . Превосходство в воздухе обусловило развитие наступления и взятие в конце 1937 г. столицы Китая г. Нанкин. Весной 1938 г. была также сформирована САБр № 3 ВМС в Китае (САП № 14-15), в 1941 г. — МТАП № 1 и МТАП Гэндзан. На протяжении конфликта в Китае ИА ВМС регулярно осуществляла вылеты на сопровождение ударной авиации.