Denominado I-15bis o alternativamente I-152, este caza rediseñado estuvo armado en principio con cuatro ametralladoras sincronizadas PV-1 de 7,62 mm, pero en los aparatos más posteriores se instalaron cuatro armas ShKAS, del mismo calibre pero de mayor cadencia de tiro; algunos aparatos llegaron a volar con dos ametralladoras BS de 12,7 mm.