Между августом 1937 года и октябрем 1938 года, в ходе первой фазы китайско- японской войны, китайские военно-воздушные силы в потеряли в боях 202 самолета, и еще 112 было повреждено. Сообщалось, что 132 китайских летчиков погибло и 152 получили ранения.

В ходе боевых действий развернувшихся в 1939 году, ветераны И-152 и И-16 все еще являлись основой китайских военно- воздушных сил. За исключением дюжины истребителей Dewoitine D-510s и нескольких Curtiss Hawk 75, большинство из 135 самолетов китайских военно-воздушных сил являлись истребителями Поликарпова, которые должны были противостоять приблизительно 900 японским самолетам.

20 февраля 1939 года, пятнадцать китайских и четырнадцать советских пилотов, подняли свои И-152 и И-16, на перехват японских бомбардировщиков, которые атаковали Ланчжоу (Lanchow). Истребители Поликарпова в этот день добились девяти побед. 23 февраля 1939 года, двенадцать японских бомбардировщиков были перехвачены группой из двадцати одного китайского истребителя, после чего еще шесть японских бомбардировщиков оказались на земле.

В ноябре 1939 года советские группы «добровольцев» начали покидать Китай. Теперь советская помощь оказывалась в основном вооружением и материалами, а не участием «добровольцев» в боевых действиях.

На южном фронте Китая 1939 год закончился крупным поражением китайских ВВС, когда 30 декабря тринадцать истребителей японского военно-морского флота в воздушном бою под Нанкином сбили четырнадцать И-152 и И-16, потеряв при этом всего один самолет.

В 1940 году без иностранных пилотов- добровольцев и пополнения материальной частью, Китай имел только около 150 самолетов. Большая часть сил японской бомбардировочной авиации военно-морского флота, была переброшена в центральный Китай, чтобы присоединиться к летним стратегическим бомбовым ударам, по Чунгкинry (Chungking). 11 августа 1940 года, девяносто японских бомбардировщиков, бомбивших Чунгкинг были перехвачены двадцатью девятью истребителями из 4-й Группы, которые использовали уникальную тактику. Шесть И-152 пролетев над строем бомбардировщиков, сбросили каждый по четыре небольших бомбы на парашютах, взрыватели которых были установлены на шестисекундную задержку. Это нарушило строй японских самолетов, позволив китайцам на истребителях И-16 сбить два бомбардировщика и еще несколько повредить.

Истребитель И-152 финских ВВС, сфотографированный во время технического обслуживания – передние смотровые панели сняты. Этот самолет трижды попадал в аварии, но каждый раз восстанавливался. Данный И-152, бортовой код «VH-4» имел 144 часа налета, больше чем любой другой И-152 на финской службе.

Аэродромный механик подводит механический стартер, чтобы запустить двигатель финского И-152, бортовой номер «VH-2». В советских ВВС, прежде чем этот самолет был захвачен финнами, машина имела тактический помер «173» желтого цвета. Данный И-152 дважды попадал в аварии, но каждый раз восстанавливался. 20 февраля 1945 года, самолет был помещен на хранение, после того как налетал в финских ВВС 114 часов 50 минут.

13 сентября 1940 года, в небе Китая впервые вступил в бой знаменитый японский истребитель Mitsubishi А6М1 Зеро, тогда тринадцать Зеро сопровождали двадцать семь бомбардировщиков G3M2 в район Чунгкинга (Chungking). После того, как бомбардировщики, отбомбившись, покинули цель, разведывательный самолет Mitsubishi С5М1 радировал японским истребителям, что им была замечена группа китайских истребителей в районе Пи-шама (Pi-sham). В нее входили девять истребителей И-16 и девятнадцать И-152 из 4-й Группы. Японские Зеро атаковали китайцев добившись замечательного успеха. Тринадцать китайских истребителей были сбиты, а еще одиннадцать повреждены, десять китайских пилотов погибло и восемь, включая командира 4-й Группы, были ранены.

Ряд истребителей И-152 был модернизирован на местном китайском авиационном заводе №1 (Air Force №1 Aircraft Factory) в Гуйанге (Gujyang). Эти И-152 оснащались двигателем Wright Cyclone SR-1820-F-53, и трехлопастным винтом Hamilton Standard с лопастями изменяемого шага. Эти двигатели и винты были заимствованы с самолетов Curtiss Hawk III. С установкой нового двигателя, оригинальный капот на этих И-152 заменялся более коротким. Воздухозаборник на верхней части капота двигателя был удален, как и регулируемые жалюзи в его передней части. Большие выхлопные патрубки по обоим бортам оригинального И-152 были заменены одним небольшим патрубком меньшего диаметра. Когда исчерпался запас оригинальных, шин советского производства, И-152 модифицировались для того чтобы на них можно было использовать шины от Curtiss Hawk III и Curtiss Hawk II, оригинальная хвостовая опора также заменялась хвостовым колесом, с грязезащитным щитком, установленным перед колесом.

Все И-152 поставлялись китайским военно-воздушным силам окрашенными в стандартный советский камуфляж – верхние поверхности оливково-зеленые, нижние – светло-голубые. Знаки национальной принадлежности наносились только на нижней стороне нижнего крыла, (на верхней поверхности крыла или на фюзеляже их не было). Руль направления окрашивался бело-синими горизонтальными полосами. Большинство И-152 имело белый серийный номер на хвостовом стабилизаторе, начинающийся с буквы «Р», за которой следовало четыре цифры (например – Р.7179). Некоторые И- 152 имели и трехзначный тактический номер белого цвета.

Когда этот И-152 финских ВВС был захвачен, ему присвоили серийный номер «VH-11». Весной 1940 года этот самолет базировался в Весевехмаа (Vesivehmaa).

И-152ТК имел турбокомпрессоры ТК-3, установленные с обеих сторон фюзеляжа. Самолет имел кок воздушного винта более конической формы, чем серийные И-152. Дополнительно на элеронах верхнего крыла были установлены небольшие триммеры.

В результате обращения главнокомандующего республиканскими военно-воздушными силами генерала Идальго Цеснероса (Hidalgo Cisneros) непосредственно к Сталину с просьбой об увеличении военной помощи, в Испанию было направлено (через Францию) около 250 самолетов различных типов. К этому времени большинство «добровольцев» и военных советников посланных в Испанию, вернулись обратно в Советский Союз.

Всего для Fuerza Aereas Republicanas (FARE) из Советского Союза было отправлено девяносто три разобранных и упакованных в ящики истребителя И-152. Они отправлялись тремя партиями по тридцать одному истребителю в каждой. Шестьдесят два самолета были переправлены с помощью французского правительства, а последняя партия из тридцати одного И-152 транспортировалась в Сабатель (Sabadell) на грузовиках, нанятых при помощи Французской Коммунистической партии, где новые истребители были собраны в течение декабря 1938 – января 1939 годов.