Несмотря на полный провал в создании специализированного штурмовика, в ВВС РККА к ноябрю 1938 г. сформировали уже двенадцать штурмовых авиационных полков (ШАП). В них насчитывался 561 самолет, в том числе 456 Р-5 разных модификаций, 60 Ди-6Ш, 31 Р-6 и 14 СБ. Летчиков же в них имелось больше чем самолетов – 776 человек. Однако по сути это все были штурмовые полки без самих штурмовиков.

Еще в 1933 г. КБ Поликарпова, попутно с И-16, разработало новый истребитель – биплан И-15. По схеме и конструкции это было продолжение неудачного И-5, но с улучшенной аэродинамикой и более мощным мотором воздушного охлаждения М-25. Характерной особенностью самолета стала своеобразная форма верхнего крыла по схеме «чайка», способствовавшая уменьшению сопротивления воздуха и лучшему обзору из кабины.

Летные испытания И-15 прошли в декабре 1933 г. Истребитель достиг максимальной скорости 370 км/ч и набрал высоту 9000 метров. На следующий год началось его массовое производство. Позднее появилась модификация И-15бис, на которой было установлено прямое верхнее крыло, усилена конструкция центроплана и установлены бомбодержатели.

В 1938 г. КБ Поликарпова еще раз модернизировало свой биплан, установив на нем убираемые вручную шасси. Так, появился И-153 «Чайка». Поскольку как истребитель он уже устарел, то самолет, по уже сложившемуся обычаю, решили переделать в штурмовик. Первой ударной модификацией стал И-153БС, на котором установили четыре крупнокалиберных пулемета УБС и направляющие для восьми реактивных снарядов РС-82. Однако на испытаниях, проведенных в НИИ ВВС, выявилась плохая надежность 12,7-мм пулеметов, дававших частые отказы. Тогда от них решили отказаться в пользу двух 20-мм пушек ШВАК, которые, впрочем, тоже не отличались высокой эффективностью. В итоге появился И-153П, ставший чистым штурмовиком. Он был вооружен двумя пушками, мог поднимать 100-кг бомб или шесть «эрэсов». Остававшиеся в частях И-15бис к концу 30-х годов также были переделаны в штурмовики.

Тем временем качество производимых самолетов оставляло желать лучшего. Акты и отзывы ВВС за 1939 г. свидетельствуют о массовых отказах амортизаторов, обрывах хомутов, кронштейнов креплений, разрывах сварных швов, прогорании выхлопных патрубков, образовании трещин на моторамах и т. п. Нередко ломались тормозные диски, вызывая самоторможение самолета при взлете и посадке, выходило из строя вооружение. Директора авиазаводов неоднократно получали письма из различных инстанций с указанием на низкое качество самолетов: «…обо всех дефектах заводы неоднократно ставились в известность, однако ничего не сделано. Сообщения о конструкционных и производственных дефектах поступают сплошным потоком, причем преобладающее количество является многократно повторяющимся, что свидетельствует об игнорировании актов о дефектах и призывов по борьбе за снижение аварийности». Наиболее опасными причинами аварий являлись выпадение стекол фонаря кабины, отрыв крыльев, течь бензобаков и топливной системы.

Одной из немаловажных причин подобного положения являлась низкая эффективность военной приемки. Так, в переписке между руководством авиазавода № 21 и военпредом отмечался ряд случаев отправки готовой продукции в другие цехи без санкции ОТК и военпреда. Например, 7 июня 1939 г. из-за перекосов узлов приемка забраковала девять костылей, но все они были отправлены на дальнейшую сборку. 15 августа военпред отклонил девять ножных управлений, причем повторно, но и их все равно отправили дальше в цех № 10 и т. д. Имелись также случаи, когда самолеты, непринятые приемкой, все равно отправлялись в воинские части, а порой готовая продукция и вовсе не предъявлялась на приемку.