И-5 спроектировали «вредители», сидевшие за решетками ЦКБ-39 ОГПУ. Эту самую первую авиационную «шарагу» организовали в ноябре 1929 г. в Бутырской тюрьме из специалистов, арестованных по «делу Промпартии». Потом ее перевели в ангар №7 на заводе №39 имени товарища Менжинского, который как раз и руководил тогда ОГПУ. Главными «вредителями» являлись уже известные к тому времени авиаконструкторы Н.Н. Поликарпов и Д.П. Григорович. В их компанию входили еще 18 арестантов с весьма высокой квалификацией - на «воле» они занимали в разных КБ посты от начальника отдела и выше.

1 мая 1931 г. И-5 впервые показали на воздушном параде в Москве. Высший пилотаж над Красной площадью продемонстрировала группа во главе с начальником (по-современному главкомом) ВВС Я. Алкснисом, летавшем на выкрашенном в красный цвет истребителе с надписью «Клим Ворошилов» (это был второй опытный экземпляр). «Ворошилов» с тех пор стал его личным самолетом.

В июле того же года на Центральном аэродроме состоялся смотр новой техники. На него прибыли Сталин, Орджоникидзе и другие руководители страны. Мастера высшего пилотажа Чкалов и Анисимов с блеском продемонстрировали И-5 в воздухе. Результаты смотра сказались довольно быстро. Уже в конце месяца коллегия ОГПУ постановила выпустить на свободу большинство «вредителей». Поликарпову заменили «высшую меру» десятью годами лагерей, а потом вообще амнистировали, однако не отменив приговора. Его «за отсутствием состава преступления» аннулировал лишь Верховный суд в 1956 году, спустя 12 лет после смерти конструктора.

Конструкция И-5 была смешанной. И-5, как и большинство истребителей того времени, являлся полуторапланом, т. е. бипланом, у которого нижнее крыло существенно (на 2,63 м) короче верхнего. Конструкция обоих крыльев была двухлонжеронной. Деревянные коробчатые лонжероны склеивались казеиновым клеем. Более длинное верхнее крыло имело 20 нервюр, а более короткое нижнее - 15. Передняя кромка крыла обшивалась дюралем (на 150 мм), а дальше все крыло обтягивалось полотном, пропитанным аэролаком. Каркас центроплана был дюралевым. Верхнее крыло несло элероны и имело вырезы спереди и сзади для улучшения обзора.

Фюзеляж - ферменный, сварной из стальных труб (как и рама двигателя). Его форма образовывалась легким дуралюминовым набором рамок и стрингеров, поддерживавшем полотняную обшивку. Шасси со сквозной осью и расчалками. Конструкция самолета была продуманной и очень легкой.

Вооружение - два синхронных пулемета ПВ-1 с 1200 патронами. Впоследствии на десяти серийных самолетах было установлено четыре таких пулемета с 4000 патронами. ПВ-1 представлял собой переделку станкового "Максима" для применения в авиации, осуществленную А.В. Надашкевичем. Пулемет перевели с водяного на воздушное охлаждение и облегчили на 5,8 кг. Оригинальная конструкция пружинного буфера позволила увеличить его скорострельность с 600 выстр./мин до 750 выстр./мин, что было существенно выше, чем у английского авиационного пулемета "Виккерс" образца 1924 г., состоявшего тогда на вооружении ВВС РККА. Кроме того, подвешивалось 40 кг бомб.

И-5 в ВОВ. И-5 не попали ни в Испанию, ни в Китай, ни на Халхин-гол, поскольку уже к середине тридцатых считались устаревшими. Даже во время конфликта 1936 г. на монголо-манчжурской границе, в котором принимала участие и советская авиация, И-5 лишь вели боевое патрулирование.

Им пришлось вступить в бой, когда И-5 в роли истребителя уже не представлял никакой ценности. Он безнадежно отставал не только от немецких истребителей, но и от бомбардировщиков. Даже громоздкий и неуклюжий военно-транспортный «Юнкере» Ju 52, самый, пожалуй, медлительный самолет, использованный немцами на Восточном фронте, имел максимальную скорость порядка 285 км/ч, так что и он вполне мог «удрать» от И-5, который реально развивал не более 270.

Только огромные потери первого года войны и резкое падение авиационного производства из-за эвакуации промышленности на восток заставили «выгрести» из авиашкол и аэроклубов, а иногда просто с самолетных свалок старые изношенные «пятерки» и вооружить ими спешно формируемые полки и эскадрильи.

Когда в июле немецкая авиация начала налеты на Москву, к боевому дежурству привлекли инструкторов Центрального аэроклуба. Они сидели в кабинах своих И-5 и И-15бис на поле Тушинского аэродрома, но ни одного реального вылета на перехват не совершили. В конце сентября аэроклуб эвакуировали за Волгу и дежурства прекратились.

И-5, уже не пригодные как истребители, еще могли сойти за штурмовики и легкие ночные бомбардировщики. В этом отношении характерна история 2-го штурмового полка ВВС 51-й отдельной армии в Крыму. Его сформировали в сентябре 1941 г., использовав летный и технический состав из резервов фронта и списанные самолеты, хранившиеся в ангарах Каминской авиашколы. Командиром полка стал майор Г.И. Семенов. Летчики и механики полка сами восстанавливали поломанные и разбитые И-5, собирая из двух-трех одну пригодную для полетов машину. К 10 октября полк насчитывал уже 32 самолета. На них он и начал воевать, базируясь в Каче, Багерово, Киевской и Бесскорбной до января 1942 г., когда его отправили в Чапаевск для первооружения на Ил-2.

Там же, в Крыму, воевал на И-5 11-й штурмовой полк ВВС Черноморского флота. На 22 июня в составе авиации флота насчитывалось всего пять самолетов этого типа. Собрав технику из разных мест, к сентябрю 1941 г. удалось «наскрести» еще примерно 20 машин. В октябре полк под командованием майора И.М. Рассудкова вошел в состав Фрайдорфской авиационной группы. Его самолеты действовали у Перекопа, а затем атаковали немцев при отступлении советских войск к Севастополю. Например, 23 октября немецкие войска в районе Казак-Сарая бомбили и обстреливали 11 И-5 и восемь И-153. Их прикрывали 15 И-16. Сопровождение устаревших бипланов являлось нелегкой задачей, хотя бы потому, что истребители-монопланы не могли лететь так медленно.

В условиях полного господства немцев в воздухе пилоты импровизированных штурмовиков могли рассчитывать только на свое мастерство и увертливость машины. При появлении вражеских истребителей И-5 обычно выстраивались в оборонительный круг, прикрывая друг друга. Потери в этих условиях были неизбежны. Только 23 октября из боевого вылета не вернулись пять самолетов.

В начале ноября 11-й полк перебазировался на аэродром Байдары близ Севастополя. Из 44 истребителей, которыми располагали на тот момент ВВС Черноморского флота, почти половину составляли И-5! Немцы рвались к Севастополю, и все имевшиеся самолеты были брошены на штурмовку вражеских войск. Рано утром 5 октября воздушная разведка засекла скопление техники в садах Бельбекской долины, у Байдарских ворот. На штурмовку вылетели две группы И-5, в общей сложности 20 самолетов. Группы вели капитан Хрусталев и старший лейтенант Покалюхин. Вскоре к штурмовикам пристроилась шестерка И-16.

Танки, бронетранспортеры и грузовики прятались в тени деревьев. Бипланы вошли в пике и с высоты 600-800 м сбросили бомбы. Внизу вспыхнули пожары. Второй заход сделали на бреющем полете, поливая врага пулеметным огнем. В этот момент сверху ринулись восемь «Мессершмиттов». Прикрытие связало их боем. Но еще два вражеских истребителя подошли снизу и атаковали бипланы. И тут капитан В. Фомин на древнем И-5 ухитрился сбить один из немецких самолетов! Но и машина комэска Хрусталева загорелась. Самолет развернулся вправо и врезался в скопление техники.

По советским данным, был еще один случай, когда И-5 сбил истребитель противника. Разумеется, это могло произойти только случайно. Уж слишком велика была разница в возможностях И-5 и «Мессершмитта». Эффективность его как штурмовика тоже оставляла желать лучшего, ведь самолет не имел бронирования, стрелковое вооружение было слабым, а бомбовая нагрузка - ничтожной. Чтобы хоть как-то повысить эффективность машины предпринимались попытки заменить старые пулеметы ПВ-1 на более скорострельные ШКАСы и подвесить под крылья реактивные снаряды РС-82.

Как легкие ночные бомбардировщики И-5 участвовали в битве под Москвой. Отдельные машины этого типа имелись в 604-м и 605-м полках. Они базировались в Быкове, Пушкине, Клину и сдали последние бипланы при переходе на новую технику в феврале 1942 г. На Западном фронте даже попробовали применить И-5 как ночные истребители, но, разумеется, безуспешно.

Последние И-5 сохранились на фронте до 1943 г. Известно, что в августе 1942 г. один из полков ВВС Черноморского флота использовал И-5 как «приманку» для вражеских прожекторов при ночных налетах. Пока старый истребитель громко гудел, заставляя прожектористов его искать, юркие УТ-1 расстреливали прожектора реактивными снарядами. К концу 1942 г. приток новых истребителей и штурмовиков позволил перевооружить части на фронте более современной техникой. Да и уцелело И-5 к тому времени немного.