Em agosto de 1937 o Governo Kuomintang assinou um pacto de não-agressão com a União Soviética. No outono desse mesmo ano, a União Soviética começou a enviá-lo como ajuda à Força Aérea Chinesa em sua guerra defensiva contra o Japão. Mais de 250 pilotos soviéticos se ofereceram para pilotar os 255 caças enviados para a China no outono de 1937. Em 1939 o total de biplanos entregues atingiram 347 I-15/I-15bis. Esses aviões lutaram em muitos combates na Manchúria e em combates de fronteira entre o Japão e a União Soviética. Em 1937, o I-15 nas mãos da Força Aérea Nacionalista Chinesa lutou contra a invasão japonesa, onde o biplano começou a combater modelos novos, como os monoplanos Nakajima Ki-27 japoneses, que era mais rápido.