Несколько поврежденных А5М вскоре стали трофеями китайской армии. Один из них испытывали сами китайцы. Два самолета были отремонтированы и отправлены в СССР. Первый из них попал в руки китайских солдат 18 февраля 1938 г. под Наньчаном. Его пилот застрелился после вынужденной посадки. Вскоре в этом же районе захватили второй такой же истребитель. Машины перегоняли в Советский Союз Г. И. Захаров и А. С. Благовещенский. Японская агентура старалась не допустить доставки трофейных истребителей в нашу страну. Из-за диверсии оба А5М по пути потерпели аварии: на одном из промежуточных аэродромов в бензобаки подсыпали сахар. Захаров при вынужденной посадке сломал руку.
Тем не менее, 28 октября 1938 г. один из А5М2-Оцу прибыл в НИИ ВВС, где вновь был отремонтирован с помощью бригады завода № 156. Самолет оказался мало пригоден к зимней эксплуатации, поэтому пришлось приспособить к нему лобовой капот от И-5 и лыжи от него же. Но «Котобуки» на холоде работал плохо. Возможно, здесь сказалось то, что его собрали из частей трех трофейных моторов. Фактически испытания начались только в конце весны 1939 г. 13 мая майор Кравченко совершил на нем первый полет. В отчете отмечено, что «самолет (…) показал хорошие данные по устойчивости, маневренности и простоту в технике пилотирования», но по общим данным, маневренности и вооружению А5М был оценен ниже, чем новые истребители ВВС РККА. Причин для такой оценки имелось много. К середине 1939 г. первый японский палубный моноплан действительно подустарел и императорский флот уже ждал ему замену. Кроме того, замеренные при испытаниях летные данные за счет износа самого самолета и мотора являлись заниженными.
Вооружение же А5М для конца 30-х годов представлялось явно недостаточным. Он нес всего два пулемета типа 89. Такой пулемет, снятый со сбитого японского истребителя, доставили в СССР еще в январе 1938 г. Никакого интереса он не вызвал, поскольку представлял собой фактически копию старого английского «Виккерса». По баллистическим характеристикам и скорострельности он уступал даже ПВ-1, а новому пулемету ШКАС – тем более. Последние модификации И-16 вооружались четырьмя ШКАСами или комбинацией из двух пулеметов ШКАС и двух пушек ШВАК. Правда, меньший вес секундного залпа у А5М частично компенсировался более высокой устойчивостью при стрельбе. И И-15бис, и И-16 давали куда большее рассеивание пуль.
А5М был внимательно изучен специалистами ВВС РККА и нашей авиапромышленности. Они отметили в нем ряд удачных конструктивных решений, например, удобное размещение аккумулятора в специальном контейнере. К копированию на отечественных заводах рекомендовали компактный и надежный японский вольтамперметр и ультрафиолетовую подсветку приборной доски. Интересно, что палубная специфика А5М у нас, похоже, была полностью проигнорирована.