Все прототипы ВТ-II и предсерийные И-5 не были вооружены. Вооружение И-5 включало в себя два синхронизированных пулемёта ПВ-1 калибра 7.62 мм и скорострельностью 780 выстрелов в минуту, с боезапасом по 600 патронов на ствол. В 1928 году, ПВ-1 был стандартным авиационным пулемётом и устанавливался на большинстве советских военных самолётов в течение многих лет. Конструкция истребителя позволяла устанавливать еще два таких же пулемета, либо подвешивать две бомбы по 10 кг каждая на бомбодержателях под нижним крылом. Для прицельной стрельбы самолёт был оснащён колиматорным прицелом ОП-1.

По сравнению с предсерийными самолётами, на И-5 был значительно удлинён заголовник пилота, который теперь больше напоминал гаргрот, масляный радиатор был установлен сразу за мотором. Передняя стойка колес стала короче, заднюю стойку колёс сделали более толстой, а шины колес стали несколько шире.

И-5 поздних производственных серий оснащались каплевидными балансирами на законцовках верхнего крыла. Они также имели более короткие стойки шасси, удлиненные кожухи амортизаторов и цельнометаллический винт.

Этот И-5 оснащен радиостанцией. Антенная мачта установлена в центральной секции верхнего крыла, и трубка Нито, перемещена в верхнюю часть правой крыльевой N-образной стойки. Дополнительно на этот самолет установлены подкрыльевые бомбодержатели и крупные обтекатели колес.

Самолет И-5 имел смешанную конструкцию: часть узлов – металлическая, часть – деревянная. Каркас фюзеляжа был сварен из стальных труб переменного сечения и представлял собой четырехгранную ферму. Для улучшения обтекаемости машины на трубчатую основу каркаса приклепывали внешний каркас из дюралюминиевых профилей. В носовой части фюзеляжа устанавливались поддерживающие стрингеры и шпангоуты из стальных трубок.

Передняя часть фюзеляжа до середины кабины закрывалась легкосъемными дюралюминиевыми капотами толщиной 0,5-0,8 мм, которые крепились пружинными защелками и стальными булавками. Остальная часть фюзеляжа обшивалась полотном, пришнурованным к каркасу шпагатом. Это давало возможность при необходимости расшивать полотно от фюзеляжа.

Последний отсек фюзеляжа под хвостовым оперением имел съемные дюралюминиевые обтекатели для осмотра амортизатора костыля.

Сиденье пилота с чашкой под парашют – из гофрированного дюралюминия. На первых машинах отсутствовал гаргрот, но позже его установили на всех самолетах, в том числе и на опытных.

Бипланная коробка крыльев имела площадь несущей поверхности 21,3 м^2. Верхнее крыло состояло из центроплана и двух отъемных консолей. Дюралюминиевый центроплан соединялся с фюзеляжем И-образными стойками из профилированных дюралюминиевых груб. Консоли обоих крыльев были деревянными. Их носки до переднего лонжерона обшивались фанерой, так же как и верх корневых частей нижних плоскостей между лонжеронами. Профиль крыльев – «геттинген» № 436. Каркасы хвостового оперения, рулей и элеронов – дюралюминиевые, обшивка – полотно. Последние серийные И-5 имели по каплевидному балансиру на каждой плоскости крыла, балансировочный груз помещался на законцовках верхнего крыла.

Шасси самолета оснащалось амортизаторами из 16 резиновых шайб толщиной по 20 мм каждая.

Пневматики колес применялись двух типов – 750x125 мм и 760x100 мм. На самолетах первых серий костыль был неуправляемым, поэтому И-5 имел тенденцию к развороту в конце пробега. После нескольких аварий шасси доработали – уменьшили его высоту, а костыль соединили с рулем направления, таким образом, сделав его управляемым. Зимой большинство И-5 оснащались лыжами вместо колёсного шасси. Скоростные характеристики истребителей, оснащённых лыжами, ухудшались из-за их большого аэродинамического сопротивления.

Небольшое количество И-5 еще продолжило служить в войсках в начальный период Великой Отечественной Войны. Эти советские пилоты сфотографированы перед истребителем И-5 последних серий зимой 1941 года.

Два серийных и один предсерийный И-5 в составе «Звена». Истребители установлены на самолет-носитель ТБ-3-4М-17Ф. И-5 приходилось вручную закатывать на крыло ТБ-3, по деревянным рампам.

На И-5 устанавливались двигатели «Юпитер-VI» либо М-22 мощностью 480 л. с. На машинах первых серий делались капоты для каждого из цилиндров.

Ранние И-5, имели деревянный воздушный винт диаметром 2,9 м – концы лопастей оковывались латунью. Шаг винта 2,1 м. Втулка винта закрывалась обтекателем-коком. Позднее головки цилиндров стали закрывать кольцевым капотом Тауненда, а спереди устанавливали лобовой капот с жалюзи. Воздушный винт диаметром 2,7 м стал дюралюминиевым с полированными лопастями. Шаг регулировался на земле – лопасти имели два фиксированных положения. Кока на втулке такого винта не было.