Высокий потолок и скороподъемность И-15 позволили осуществить на нем в конце 1935 г. достижение мирового рекорда высоты. Для реализации этой задачи исполь зовали первый опытный экземпляр ЦКБ-3, потерпевший аварию осенью 1933 г. Самолет отремонтировали, а многие элементы изготовили заново, крылья обтянули тончайшим полотном с уменьшенным покрытием аэролаком так, что они стали буквально прозрачными, как у аэропланов на заре авиации. Сняли вооружение, амортизацию шасси, многое оборудование, пытаясь выиграть хоть несколько килограммов веса. Сняли и капот Тауненда с установленного высотного двигателя фирмы «Райт» «Циклон» F-54. Горючее заливалось только для дороги наверх, обратно предполагалось планировать с выключенным двигателем.
И-15В с герметической кабиной конструкции Н.Н. Поликарпова
21 ноября 1935 г. известный летчик-испытатель Владимир Коккинаки забрался на этом аппарате на высоту 14 575 м, после чего бесшумно спланировал на поле Центрального московского аэродрома. Мировой рекорд итальянского пилота Донатти, установленный в апреле 1934 г., был перекрыт на 142 метра.
Этот первый успех внушал уверенность, что самолет можно еще доработать, чтобы получить более высокий результат. Через месяц с небольшим после рекордного полета Коккинаки, 30 декабря 1935 г., Николай Поликарпов представил проект новой высотной модификации полуто-раплана, обозначенной им как И-15 РВ (Рекорд высоты). В этом варианте предполагалась закрытая кабина с обогревом и полностью закапотированный двигатель по типу И-16. Размах верхнего крыла увеличился до 12 м, нижнего - до 9,5 м. Несущая поверхность крыльев соответственно возросла по сравнению с базовой моделью и составляла 26,9 квадратных метра.
По расчетам, И-15 РВ мог достичь высоты 15 400 метров. Однако строить такой самолет не стали, так как было решено, что для столь больших высот пора использовать герметическую кабину. Такую гермокабину для И-15 в КБ Поликарпова разработали в 1937 г. Основным условием при ее проектировании и постройке являлась неизменность силовых элементов конструкции самолета. Кабина представляла собой эластичный кокон по форме тела сидящего летчика, склеенный из нескольких слоев прорезиненного перкаля. Фонарь выполнили в виде двухслойного плексигласового колпака, закрепленного на стальном каркасе. При открытии его подвижная центральная часть откидывалась на правый борт.
Высотный И-15, на котором В.К.Коккинаки 14 ноября 1935 г. установил рекорд высоты 14 575 метров.
Гермокабину установили на втором опытном ЦКБ-3. Самолет дополнительно доработали, оснастили двигателем М-25Е, оснащенным двумя турбокомпрессорами (ТК). После указанных доработок аппарат получил обозначение И-15В (высотный), в ряде документов обозначался еще и как «Объект 415-В». И-15В долго доводился, летал мало. 26 января 1939 г. самолет осмотрела специальная комиссия, которая признала, что «материальная часть очень изношена», конструкция эксплуатируется уже в течение пяти лет, в то время как по нормам ВВС срок эксплуатации определен в четыре года.
Комиссия заключила, что самолет по этой причине к дальнейшему использованию не годен и полеты на нем следует прекратить. Эта прямо-таки показательная формалистика стала не чем иным, как удачным выходом из тупиковой ситуации. Дело в том, что продолжать работу над самолетом И-15В в тот момент уже не имело смысла, ибо летали варианты И-15 с более удачными гермокабинами конструкции Щербакова.
Конструкторское бюро Алексея Щербакова, официально называемое КБ-5, функционировало на территории московского авиазавода № 1. В 1937 г. этот коллектив, называемый обычно как «высотная бригада Щербакова», оборудовал свою первую гермокабину на самолете И-15.
Осенью 1937 г. самолет прошел заводские и государственные испытания. Летали Логинов и Супрун, причем они стали первыми в СССР пилотами, которые познали всю прелесть полета на истребителе зимой, когда тяжелая меховая одежда не стесняет движений. Летали они в легких комбинезонах при температуре за бортом минус 42°С - внутри гермокабины устойчиво держалась температура + 15-16°С.
Максимальная высота, которую достигал самолет, составила 9450 м, больше не позволял старенький двигатель. Впрочем, выше забираться и не требовалось. Дальнейшие опыты, и даже небольшая серия, были продолжены на следующих модификациях - И-15бис и И-153.
К «высотным» историям следует отнести еще одну, произошедшую практически сразу после рекордных полетов Коккинаки. В начале 1936 г. для прохождения испытаний в НИИ ВВС поступил пилотажный планер конструкции Владислава Грибовского.
На планере летали многие испытатели, а после ряда полетов возникло неожиданное предложение - установить на нем в буксирном полете рекорд высоты. Из таблицы рекордов было известно, что подобные опыты предпринимались в Германии и немецкий планерист, буксируемый самолетом, достиг высоты порядка 8000 м.