И-5, (красная восьмерка), несет тактический номер на руле направления с тонкой белой обводкой. Самолет оснащен цельнометаллическим винтом и имеет балансировочные грузы на каждой законцовке крыла.

В августе – сентябре 1930 года, была построена небольшая серия из семи самолётов ВТ-11. Затем машины были переданы в Научно-исследовательский институт военно-воздушных сил (НИИВВС) для испытания самолётов в армейских условиях. Эти самолёты были практически идентичны второму прототипу, за исключением добавления небольшого заголовника за открытой кабиной пилота, отсутствия колпаков закрывавших спицы на основных колесах, также был несколько переработан руль направления. Кроме того, выпускные заглушки в крышке обтекателей цилиндров также были изменены. Трубка Пито расположенная на правом борту, ниже кабины пилота была перенесена на N-образную фюзеляжную стойку, поддерживающую правую сторону центральной части крыла.

В свою очередь и сам Ворошилов принял участие в модификации самолёта, внеся свои дополнения к конструкции самолёта.

Замечания Ворошилова привели к появлению совершенно нового проекта истребителя, получившего в производстве обозначение И-5 (буква «И» означала истребитель). Была создана специальная комиссия под руководством И. М. Косткина, чтобы ускорить подготовку серийного выпуска истребителя на авиационном заводе №21 в Нижнем Новгороде на Волге. Подготовка включала производство шаблонов и набор соответствующих чертежей самолёта И-5. Эта обязанность была возложена на И.Ф. Флорова, который отвечал за подготовку чертежей. Множество студентов последнего курса технического техникума участвовали в работе по изготовлению шаблонов, т.к. чертежей прототипа не существовало. Детали делали вручную, по эскизам, которые поспешно были сделаны практически в последние дни на испытаниях. Единственные проектные документы, сделанные по правилам, были статические расчеты, которые Поликарпов собрал в огромный том.

Пока шла подготовка серийного производства И-5, был построен третий прототип. Его отличия от первых двух состояли в установке девятицилиндрового мотора воздушного охлаждения М-15 мощностью 450 л.с. Ряд цилиндров опоясывало кольцо Таундена, снижавшее сопротивление набегающему потоку, на самолёте был установлен общий патрубок выхлопа цилиндров. Эти изменения были использованы на серийных самолётах. N-образные стойки крыла были значительно утолщены по сравнению с первыми двумя прототипами и перекочевали на серийные самолёты. На третьем ВТ-11 было установлено зеркало заднего вида на правой стороне верхнего крыла.

Третий прототип поднял в воздух лётчик- испытатель И.В. Павлов 1 июля 1930 года. На его борту красовалась надпись: «Подарок XVI партсъезду». Испытания выявили, недостаточную надёжность двигателя М-15 и невозможность его серийного выпуска для установки на И-5, кроме того, подтвердилось, что кольцо Таундена уменьшает сопротивление набегающему потоку, в результате его рекомендовали к установке на серийные И-5.

Множество И-5 устанавливались на лыжное шасси вместо стандартных колес, чтобы иметь возможность действовать с нерасчищенных заснеженных аэродромов. Этот самолет имеет нестандартный небольшой кок и цельнометаллический винт.

Передняя часть фюзеляжа, капот двигателя и диски колес этого И-5 имеют цвет натурального металла, в то время как задняя часть самолета окрашена в оливково-зеленый цвет.

Из-за серьезных проблем возникших при постройке предсерийных И-5, серийный выпуск самолётов на авиационном заводе №21 (ГАЗ №21) не начался до конца 1932 года. Первый самолёт с большим трудом удалось окончить в феврале 1933 года. Всего до конца 1934 года на заводе в Нижнем Новгороде было выпущено 803 самолёта.

Было множество различий между предсерийными образцами и серийными самолётами И-5. Серийные самолёты имели кольцо типа Таундена вокруг мотора воздушного охлаждения М-22 (который был копией британского двигателя «Bristol JupiterVI»), тогда как на двух первых прототипах ВТ-11 и тринадцати предсерийных машинах каждый цилиндр двигателя М-15 имел собственный каплевидный обтекатель и свой индивидуальный выхлопной патрубок.

Двигатель М-22 мощностью 480 л.с. выпускался огромной серией до 1936 года и был на 30 л.с. сильнее, чем М-15. Хотя М- 22 был копией британского двигателя «Bristol Jnpiter-VI», лицензионные переговоры и поставка технической документации и образцов двигателя были проведены через французскую фирму Гном-Рон (Gnome- Rhone), имевшей лицензию на производство данного мотора.

Все прототипы ВТ-II и предсерийные И-5 не были вооружены. Вооружение И-5 включало в себя два синхронизированных пулемёта ПВ-1 калибра 7.62 мм и скорострельностью 780 выстрелов в минуту, с боезапасом по 600 патронов на ствол. В 1928 году, ПВ-1 был стандартным авиационным пулемётом и устанавливался на большинстве советских военных самолётов в течение многих лет. Конструкция истребителя позволяла устанавливать еще два таких же пулемета, либо подвешивать две бомбы по 10 кг каждая на бомбодержателях под нижним крылом. Для прицельной стрельбы самолёт был оснащён колиматорным прицелом ОП-1.

По сравнению с предсерийными самолётами, на И-5 был значительно удлинён заголовник пилота, который теперь больше напоминал гаргрот, масляный радиатор был установлен сразу за мотором. Передняя стойка колес стала короче, заднюю стойку колёс сделали более толстой, а шины колес стали несколько шире.

И-5 поздних производственных серий оснащались каплевидными балансирами на законцовках верхнего крыла. Они также имели более короткие стойки шасси, удлиненные кожухи амортизаторов и цельнометаллический винт.

Этот И-5 оснащен радиостанцией. Антенная мачта установлена в центральной секции верхнего крыла, и трубка Нито, перемещена в верхнюю часть правой крыльевой N-образной стойки. Дополнительно на этот самолет установлены подкрыльевые бомбодержатели и крупные обтекатели колес.

Самолет И-5 имел смешанную конструкцию: часть узлов – металлическая, часть – деревянная. Каркас фюзеляжа был сварен из стальных труб переменного сечения и представлял собой четырехгранную ферму. Для улучшения обтекаемости машины на трубчатую основу каркаса приклепывали внешний каркас из дюралюминиевых профилей. В носовой части фюзеляжа устанавливались поддерживающие стрингеры и шпангоуты из стальных трубок.