1941年6月のドイツによるソ連侵攻以降、ソ連空軍の前線航空機の激しい損耗と航空機生産の混乱によって、I-5は訓練部隊から引き抜かれ1942年初頭まで地上攻撃機や夜間爆撃機として運用された。数機のI-5はモスクワの戦いにおいて第605戦闘機航空連隊("Istrebitel'nyye Aviatsionyye Polki" (IAP))と第606戦闘機航空連隊により夜間爆撃機として使用され、1942年2月に装備が更新されるまで使用された。 第2襲撃機航空連隊("Shturmovoy Aviatsionyye Polki" (ShAP))は1941年にクリミアで予備兵とカチン航空学校から編成された。10月10日までに32機のI-5を所有していたが、作戦可能な機体は16機まで減少していた。10月18日までに12機が撃墜された。彼らは1942年2月1日にイリューシン Il-2に装備を更新し、第766襲撃機航空連隊と改称されるまでI-5を使用し続けた。 第11襲撃機航空連隊は1941年9月22日に黒海艦隊航空隊により編成された。彼らは10月18日に18機の稼動機と15機の非稼動機のI-5を入手したが、11月7日までに11機の稼動機と8機の非稼動機に減少した。彼らは1942年2月1日に連隊が再編成されるまでI-5を使用し続けた。