V roce 1939 byly I-15 nasazeny v bojích proti Japonsku, které chtělo obsadit Mongolskou republiku. Na začátku května 1939 se v Mongolsku nacházel 70. stíhací letecký pluk (70. IAP) VVS RKKA, kterému velel major Zabalujev. Pluk dislokovaný na letišti Tamsag Bulag měl na stavu 14 I-15bis a 24 I-16 typ 5. Z celkového počtu I-15bis však bylo na začátku leteckých střetů, zahájených 20. května, bojeschopných jen 9. Sovětské letectvo rychle do ohrožené oblasti přemístilo od 23. aviabrigady ze Zabajkalského okruhu 22. IAP pod velením majora N. G. Glazkina. Útvar disponoval 35 I-15bis a 28 I-16 typ 10. Již během přeletu byl ztracen jeden I-15bis pilota Gusarova. Dne 23. května 1939 22. IAP dosáhl mongolského letiště Bajan Tümen, 25. května se připojil k 70. IAP na bojovém letišti Tamsag Bulag. K 27. květnu tak v oblasti bylo celkem 48 bojeschopných I-15bis.