Передняя часть фюзеляжа до середины кабины закрывалась легкосъемными дюралюминиевыми капотами толщиной 0,5-0,8 мм, которые крепились пружинными защелками и стальными булавками. Остальная часть фюзеляжа обшивалась полотном, пришнурованным к каркасу шпагатом. Это давало возможность при необходимости расшивать полотно от фюзеляжа.

Последний отсек фюзеляжа под хвостовым оперением имел съемные дюралюминиевые обтекатели для осмотра амортизатора костыля.

Сиденье пилота с чашкой под парашют – из гофрированного дюралюминия. На первых машинах отсутствовал гаргрот, но позже его установили на всех самолетах, в том числе и на опытных.

Бипланная коробка крыльев имела площадь несущей поверхности 21,3 м². Верхнее крыло состояло из центроплана и двух отъемных консолей. Дюралюминиевый центроплан соединялся с фюзеляжем И-образными стойками из профилированных дюралюминиевых груб. Консоли обоих крыльев были деревянными. Их носки до переднего лонжерона обшивались фанерой, так же как и верх корневых частей нижних плоскостей между лонжеронами. Профиль крыльев – «геттинген» № 436. Каркасы хвостового оперения, рулей и элеронов – дюралюминиевые, обшивка – полотно. Последние серийные И-5 имели по каплевидному балансиру на каждой плоскости крыла, балансировочный груз помещался на законцовках верхнего крыла.

Шасси самолета оснащалось амортизаторами из 16 резиновых шайб толщиной по 20 мм каждая.

Пневматики колес применялись двух типов – 750x125 мм и 760x100 мм. На самолетах первых серий костыль был неуправляемым, поэтому И-5 имел тенденцию к развороту в конце пробега. После нескольких аварий шасси доработали – уменьшили его высоту, а костыль соединили с рулем направления, таким образом, сделав его управляемым. Зимой большинство И-5 оснащались лыжами вместо колёсного шасси. Скоростные характеристики истребителей, оснащённых лыжами, ухудшались из-за их большого аэродинамического сопротивления.

Небольшое количество И-5 еще продолжило служить в войсках в начальный период Великой Отечественной Войны. Эти советские пилоты сфотографированы перед истребителем И-5 последних серий зимой 1941 года.

Два серийных и один предсерийный И-5 в составе «Звена». Истребители установлены на самолет-носитель ТБ-3-4М-17Ф. И-5 приходилось вручную закатывать на крыло ТБ-3, по деревянным рампам.

На И-5 устанавливались двигатели «Юпитер-VI» либо М-22 мощностью 480 л. с. На машинах первых серий делались капоты для каждого из цилиндров.

Ранние И-5, имели деревянный воздушный винт диаметром 2,9 м – концы лопастей оковывались латунью. Шаг винта 2,1 м. Втулка винта закрывалась обтекателем-коком. Позднее головки цилиндров стали закрывать кольцевым капотом Тауненда, а спереди устанавливали лобовой капот с жалюзи. Воздушный винт диаметром 2,7 м стал дюралюминиевым с полированными лопастями. Шаг регулировался на земле – лопасти имели два фиксированных положения. Кока на втулке такого винта не было.

Полетная масса И-5 находилась в пределах 1336-1355 кг. Запас топлива включал 205 л бензина и 40 л касторового масла.

Максимальная скорость И-5 – 280 км/ч, практический потолок – 6000 м. Время полного разворота(характеристика маневренности) в горизонтальной плоскости – 10 с.

Двигательная установка – мотор М-22 с кольцом Тауненда была настолько удачной, что практически стала эталонной, ее использовали многие авиаконструкторы того времени.

Ранние И-5 имели более длинные подкосы стоек шасси и меньший обтекатель амортизаторов, а также открытые спицы колес. Визуально, они отличались несколько большим наклоном вперед, обусловленным большей задней стойкой. Последние серийные самолеты имели более короткие стойки, удлиненные обтекатели амортизаторов и защитные колпаки на колесах. Однако, не все эти изменения были введены в производство одновременно (со сборочной линии авиазавода №21 сходили гибриды, которые имели металлические винты позднего типа, но все еще ранние стойки шасси).

Некоторые экземпляры последних производственных серий получили (как на третьем опытном ВТ-11), зеркало заднего обзора, которое устанавливалось на правой стороне верхнего крыла.

Истребителями И-5 была оснащена первая акробатическая группа советских военно-воздушных сил под руководством В.А. Степанчёнка. Некоторые И-5 использовались в гражданской авиации, известны самолёты И-5 с кодами СССР-С2570 и СССР-С2590. С этих гражданских «лимузинов» пулемёты ПВ-1 и прицелы ОП-1 были сняты.

На И-5 проводились также испытания по установке радиооборудования. Истребитель, оснащенный радиостанцией, имел большую стойку на верхнем крыле, для крепления антенного провода, подобным же образом был модифицирован и хвостовой стабилизатор. Эти радиофицированные И-5 оснащались также обтекателями колес шасси и большой трубкой Пито размещенной над N- образной стойкой правого крыла.

И-5 состояли на вооружении до 1936 года, когда им на смену пришли И-15. Оставшиеся И-5 были переданы в лётные школы и училища для подготовки лётчиков. Однако некоторые самолёты, были модифицированы в истребители-бомбардировщики, оснащённые двумя бомбодержателями, установленными под фюзеляжем. На их замках могли быть подвешены две бомбы ФАБ. Когда немцы 22 июня 1941 года вторглись в Советский Союз, на аэродромах было брошено большое количество И-5, которые использовались в роли истребителей-бомбардировщиков. Небольшое количество И-5 было передано в морскую авиацию. Когда началась Великая Отечественная война 11- й истребительный полк Черноморского флота, базирующийся на аэродроме Джанкой, был оснащен И-5.

И-5 с запущенным двигателем готовится к отделению от своего носителя – ТБ-3-4М-17Ф. Истребитель был закреплен на крыле носителя в трех точках – две располагались на стойках шасси, одна на задней чисти фюзеляж а.

На этом варианте И-5, кабина пилота была сдвинута вперёд, а за ней была установлена вторая кабина. Эта вторая кабина оснащалась полным набором элементов управления. Двадцать самолётов были изготовлены в варианте УТИ-1 на заводе ГАЗ- 21 в Нижнем Новгороде в течение 1934 года.

Термин «Звено» был использован, для программы, возглавляемой военным инженером Владимиром Сергеевичем Вахмистровым реализовывавшейся в период с 1930 по 1940 год. Задача программы состояла в размещении на борту самолёта-носителя истребителей прикрытия, которые в нужный момент должны были защитить самолёт-носитель от атак вражеских истребителей, тем самым, расширяя радиус его действия. Все испытания проводились под руководством Научно-исследовательского института ВВС.