В 7.15 утра 22 СБ, 17 ССС, 7 Р-ЗЕТ и 13 И—15 в условиях плохой погоды вылетели для удара по высоте Заозерной. При взлете с аэродрома Шкотово один Р—Z врезался в сопку и подорвался на собственных бомбах, экипаж и самолет сгорели. Противник потерь не понес — из-за тумана, закрывшего цели, самолеты вынуждены были вернуться, не выполнив задачи.
В 18.45 21 И—15 и 6 Р—ЗЕТ обрабатывали высоты Безымянную и Богомольную.
3—4 августа
В связи с плохой погодой боевых вылетов не велось.
6 августа
В этот наиболее активный день боевых действий И—15 произвели 69 вылетов на штурмовку.
7 августа
В утренние часы, в период с 10.50 до 11.20, 32 И—15 штурмовали артиллерию противника на корейской стороне в районе Чюинсаидон и Иенчон — Мантокусан. В 12.50 37 И—15 повторили штурмовку в том же районе. В 14.00 30 И—15 штурмовали наземные цели в районе Иенчон — Мантокусан и Сонион. В этот день И—15 отдельными звеньями вели патрулирование над 39-м стрелковым корпусом и летали на разведку. Потерь не было, однако на трех самолетах имелись пулевые пробоины от наземного огня. Кроме этого, у семи И—15 были обнаружены пробоины воздушных винтов от огня собственных пулеметов. При расследовании выяснилось, что летчики при атаках увлекались, производя стрельбу длинными очередями. В результате пулеметы перегревались и при нарушении работы синхронизаторов пули пробивали воздушные винты.
8 августа
В период с 8.30 до 16.00 И—15 произвели 110 самолето-вылетов на штурмовку противника в районах Иенчон - Мантокусан и Намупон. В 17.30 19 ССС в сопровождении 17 И—15 штурмовали противника западнее высоты Безымянная.
9 августа
В этот день И—15 произвели четыре вылета на разведку.
34 И—15 с аэродрома Краскино по вызову комкора Штерна штурмовали артиллерию и пулеметные точки противника. Один истребитель был подбит наземным огнем. И—15, ведомый лейтенантом Соловьевым, упал в реку Тумень-Ула.
В 20.00 вечера был получен приказ наркома Ворошилова о прекращении вылетов с 12.00 11 августа. На этом боевая деятельность авиации закончилась.
Всего авиация выполнила 1028 боевых самолето-вылетов. Доля И—15 весьма весомая — 534 вылета. Было потеряно два И—15 — один в катастрофе и один сбит огнем зенитной артиллерии.
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.