Всего построили три опытных И-5. Вторая машина, ярко-красный истребитель с белой надписью на борту «Клим Ворошилов» (она же ВТ-12), отличалась от ВТ-11 мотором «Юпитер»VI (тоже французского производства) и меньшей высотой руля поворота, кончик которого как бы «затупился» сверху. Третий самолет, названный «Подарок XVI партсъезду», или ВТ-13, существенно отличался от двух первых.
На ВТ-13 стоял опытный отечественный двигатель М-15. М-15 был еще более высотным, чем «Юпитер»VII. На высоте 5000 м он должен был развивать мощность 600 л. с. Доводку этого мотора, спроектированного А. А. Бессоновым и А. П. Островским, предполагалось завершить к декабрю 1930 г. Капотирование двигателя на третьем самолете также было иным – на нем стояло так называемое кольцо Тауненда, прикрывавшее верхушки цилиндров, и лобовой капот с жалюзи, регулирующим обдув. За кабиной пилота появился гаргрот, улучшающий обтекание и защищающий летчика при перевороте. Эта машина совершила свой первый полет 1 июля.
Все три опытных И-5 имели почти одинаковые габариты и массы, хотя вторая и третья машины были немного тяжелее первой. Как и следовало ожидать, ВТ-11 с высотным «Юпитером»VII проигрывал в скорости у земли, но обгонял соперников на высоте более 3000 м. «Подарок XVI партсъезду» имел самый большой потолок – 8200 м, выигрывал по времени виража, но уступал соперникам по дальности полета. Самым перспективным сочли второй экземпляр, который благодаря «Юпитеру»VI имел неплохие характеристики и у земли, и на средних высотах. По скорости он существенно опережал И-4 во всех диапазонах высот, а по сравнению со значительно более тяжелым И-3 выигрывал по маневренности. Почти параллельно с ними испытывался истребитель И-6. Вышедшая на испытания в 1930 г. машина существенно отличалась от проекта 1929 г., впитав в себя опыт работы над И-5. Конструктор улучшил аэродинамику самолета, изменил шасси и фюзеляж. но главной новинкой являлся первый отечественный винт изменяемого шага, изготовленный ЦАГИ. К сожалению, по неизвестным причинам в июле 1930 г. Поликарпова сместили с должности ведущего конструктора и перевели в организованный в мае расчетный отдел, где он и проработал до конца 1931 г. В итоге И-6 остался без хозяина.
Рис. 6. Аварийная посадка И-5
И-6 был очень сходен с И-5 по своим летным данным, немного превосходя его в скорости, но уступая по скороподъемности и характеристикам маневренности на горизонталях. Причиной этого был тот самый экспериментальный винт, недодававший тягу. 15 июля 1930 г. единственный построенный И-6 разбился, летчик выпрыгнул с парашютом. В итоге первенство досталось И-5. Дальнейшую работу над И-6 прекратили, хотя первоначально предпочтение оказывалось последнему, и на 1930-1931 гг. предполагалось заказать 30 экземпляров И-6 для расширенных испытаний.