Халхин-Гол
В середине 1939 г. И—15бис приняли участие в советско—японском конфликте на монголо-китайской границе в районе реки Халхин—Гол, известном также, как Номонханский инцидент. Это боевое столкновение стало широко известно благодаря массовому применению авиации для завоевания превосходства в воздухе над противником. Для И—15бис эта маленькая война стала своеобразной точкой отсчета, после которой самолет окончательно перестал восприниматься как полноценный истребитель.
К началу боевых действий советская авиационная группировка (ВВС 57-го Особого корпуса) состояла из 70-го истребительного авиаполка (24 И—16 и 14 И— 15бис) и 150-го смешанного авиаполка (29 СБ и 15 Р—5). Служить в Монголии считалось непрестижно, это был настоящий «медвежий угол». Соответственной была подготовка летчиков и состояние техники. Из числа указанных 14 И—15бис исправных было 9, кроме того, здесь числились и 4 «старых» И—15, которые использовались как тренировочные самолеты. Машины были изношенные, без бронеспинок, перкалевая обшивка сопрела.
22 мая на территорию Монголии, на аэродром Байн—Тумэн, перелетел 22-й иап, насчитывающий 28 И—16 и 35 И—15бис. В отношении этого полка говорилось, что из-за боязни летных происшествий он не имел навыков групповых действий. 25 мая 22-й иап прибыл к месту ожидаемых боевых столкновений, на аэродром Тамцак— Булак. Таким образом, к 24—25 мая советские истребители располагали 52 И—16 и 49 И—15бис.
Первое боевое столкновение произошло в 12 часов 20 минут 22 мая 1939 г., когда три И—16 и два И—15бис встретились с пятеркой И—97. Был сбит один И—16, потерь со стороны японцев не было.
Первая потеря И— 15бис произошла 24 мая, когда самолет из 70-го иап пропал без вести. 27 мая понесли потери истребители И-16, которые первоначально совершили три безуспешных вылета. В четвертом боевом вылете шесть И—16, следовавшие разрозненно к линии фронта, встретились на высоте 2000—2200 метров с двумя звеньями японских истребителей. В этом бою два советских летчика погибли, один был ранен, один приземлился с пробоинами. Еще два И—16 указывались как «сожженные». Таким образом мы лишились всех «ишачков».
На 28 мая последовало указание привести в боевую готовность 10 И— 16 и 10 И—15 (или 20 И—15бис). Произошедшее в следующий день имеет несколько вариантов трактовки событий. Первоначально указывались 13 И—15, вылетевшие поодиночке и в составе звеньев к линии фронта. После встречи с 18 истребителями противника назад вернулся 1 самолет, 9 летчиков погибло. По другим данным 28 мая было потеряно 11 истребителей. Еще в одном документе говорится: «Взлетевшие десять И—16 противника не встретили и вернулись на аэродром, а оставшиеся в воздухе 10 И—15 встретили 15—18 самолетов противника и вступили с ними в бой. По докладам летчиков и очевидцев, наблюдавших с земли, после первой атаки противник зажег самолет помощника командира полка. Помощник командира полка огонь потушил, но преследовавший на бреющем полете истребитель противника атаковал его и сбил. Командир авиаэскадрильи был ранен в голову и потерял сознание. Почти у самой земли он пришел в сознание, стал управлять самолетом и возвратился на свой аэродром».
В этом бою погибли четыре летчика, один пропал без вести, один выпрыгнул на парашюте и вернулся через двое суток, двое было ранено, один самолет вернулся с большим количеством пробоин. Японские истребители потерь не имели.
Удручающие результаты первых воздушных боев привели к тому, что дальнейшие действия советской авиации по причине ее неподготовленности были запрещены специальным приказом наркома обороны.
Строй истребителей И-15бис на аэродроме летной школы в Серпухове, 1940 г. (НЯ) 
Один из летчиков 13-й оаэ авиации КБФ перед посадкой в И-15бис. 1940 г. (ГП) 
26 мая 1939 г. 70-й иап перебазировали в Байн—Тумэн для укомплектования новой материальной частью и летным составом. 29 мая к месту боевых действий на трех «Дугласах» вылетела группа опытных летчиков-истребителей в количестве 40 человек под командованием Смушкевича. В дальнейшем летчики этой группы руководили подготовкой и ведением боевых действий прежде всего истребительной авиации. Боевых вылетов не велось вплоть до 17 июня 1939 г. К концу месяца 70-й иап насчитывал 60 И—16 и 24 И—15бис, 22-й иап — 35 И—16 и 32 И—15бис. Советская авиация в Монголии к этому моменту именовалась «ВВС 1-й армейской группы».
22 июня 1939 г. в районе реки Халхин-Гол состоялся крупнейший воздушный бой продолжительностью 2,5 часа. Большая продолжительность и последовательное введение новых групп истребителей позволили оценивать это воздушное столкновение как три отдельных воздушных боя. С нашей стороны участвовало от 95 до 106 самолетов (56 И—16 и 49 И—15бис), с японской — до 120 самолетов. По сообщениям советских летчиков, удалось сбить 31 японский истребитель, своих потеряли 11. По другим данным потеряли 14 машин — из них 13 И—15бис. Количество побед, засчитанных на долю пилотов «бисов», не определено.
В последующие дни воздушные сражения продолжались — соответственно множились потери. 24 июня и 25 июня потеряно по 2 И—15бис, в период 26—27 июня — 8 машин, 21 июля — 6 И—15бис, 27,28 и 29 — по одному самолету каждый день (приведены не все потери, а только известные цифры на отдельные даты).
Нужно отметить, что бедой И—15бис в Монголии оказались не только его более низкие боевые качества. Воздушный бой летом 1939 г. велся как беспорядочная «собачья свалка», где каждому участнику приходилось в большинстве случаев действовать индивидуально и рассчитывать при этом только на себя. В такой обстановке пилоты японских истребителей И—97 преднамеренно охотились за «бисами», которые являлись более легкой добычей, чем И—16 и только появившиеся И—153.
Уже в начале августа И—15бис практически не использовали в дневных воздушных боях. 6 машин короткое время применялись для ночного патрулирования.
По состоянию на 20 августа 1939 г. в ВВС 1-й армейской группы насчитывалось 311 истребителей, из них И—15бис 21 экземпляр: в 70-м иап — 2, в 22-м иап — 1, в 56-м иап — 18.
Всего за время боев на Халхин—Голе использовалось около 100 И—15бис. Боевые потери составили 56 машин, кроме этого 2 «биса» потеряли в катастрофах и еще 5 были разбиты в авариях. К концу боев в строю оставалось 15 таких самолетов, которые применияли в основном для тренировочных полетов.
Инструктор объясняет ученикам технику посадки на И-15бис. Серпухов, 1940 г. (НЯ) 
Жанровый, постановочный кадр «советский пилот смотрит в небесную высь». Подобные кадры были весьма популярны в предвоенный период. Самолет И-15бис из состава 13-й оаэ имеет отличительный знак эскадрильи в виде «пилотки» на верхней части вертикального оперения. Видимые белые полосы являются миткалевой лентой шириной 55 мм, наклеенной на стыки обтекателя хвостового оперения (ГП) 
