Полетная масса И-5 находилась в пределах 1336-1355 кг. Запас топлива включал 205 л бензина и 40 л касторового масла.

Максимальная скорость И-5 – 280 км/ч, практический потолок – 6000 м. Время полного разворота(характеристика маневренности) в горизонтальной плоскости – 10 с.

Двигательная установка – мотор М-22 с кольцом Тауненда была настолько удачной, что практически стала эталонной, ее использовали многие авиаконструкторы того времени.

Ранние И-5 имели более длинные подкосы стоек шасси и меньший обтекатель амортизаторов, а также открытые спицы колес. Визуально, они отличались несколько большим наклоном вперед, обусловленным большей задней стойкой. Последние серийные самолеты имели более короткие стойки, удлиненные обтекатели амортизаторов и защитные колпаки на колесах. Однако, не все эти изменения были введены в производство одновременно (со сборочной линии авиазавода №21 сходили гибриды, которые имели металлические винты позднего типа, но все еще ранние стойки шасси).

Некоторые экземпляры последних производственных серий получили (как на третьем опытном ВТ-11), зеркало заднего обзора, которое устанавливалось на правой стороне верхнего крыла.

Истребителями И-5 была оснащена первая акробатическая группа советских военно-воздушных сил под руководством В.А. Степанчёнка. Некоторые И-5 использовались в гражданской авиации, известны самолёты И-5 с кодами СССР-С2570 и СССР-С2590. С этих гражданских «лимузинов» пулемёты ПВ-1 и прицелы ОП-1 были сняты.

На И-5 проводились также испытания по установке радиооборудования. Истребитель, оснащенный радиостанцией, имел большую стойку на верхнем крыле, для крепления антенного провода, подобным же образом был модифицирован и хвостовой стабилизатор. Эти радиофицированные И-5 оснащались также обтекателями колес шасси и большой трубкой Пито размещенной над N- образной стойкой правого крыла.

И-5 состояли на вооружении до 1936 года, когда им на смену пришли И-15. Оставшиеся И-5 были переданы в лётные школы и училища для подготовки лётчиков. Однако некоторые самолёты, были модифицированы в истребители-бомбардировщики, оснащённые двумя бомбодержателями, установленными под фюзеляжем. На их замках могли быть подвешены две бомбы ФАБ. Когда немцы 22 июня 1941 года вторглись в Советский Союз, на аэродромах было брошено большое количество И-5, которые использовались в роли истребителей-бомбардировщиков. Небольшое количество И-5 было передано в морскую авиацию. Когда началась Великая Отечественная война 11- й истребительный полк Черноморского флота, базирующийся на аэродроме Джанкой, был оснащен И-5.

И-5 с запущенным двигателем готовится к отделению от своего носителя – ТБ-3-4М-17Ф. Истребитель был закреплен на крыле носителя в трех точках – две располагались на стойках шасси, одна на задней чисти фюзеляж а.

На этом варианте И-5, кабина пилота была сдвинута вперёд, а за ней была установлена вторая кабина. Эта вторая кабина оснащалась полным набором элементов управления. Двадцать самолётов были изготовлены в варианте УТИ-1 на заводе ГАЗ- 21 в Нижнем Новгороде в течение 1934 года.

Термин «Звено» был использован, для программы, возглавляемой военным инженером Владимиром Сергеевичем Вахмистровым реализовывавшейся в период с 1930 по 1940 год. Задача программы состояла в размещении на борту самолёта-носителя истребителей прикрытия, которые в нужный момент должны были защитить самолёт-носитель от атак вражеских истребителей, тем самым, расширяя радиус его действия. Все испытания проводились под руководством Научно-исследовательского института ВВС.

В качестве самолётов-носителей для истребителей были выбраны сначала бомбардировщик ТВ-1, а затем бомбардировщик ТВ-3. Первоначально предполагалось нести истребители И-4, но затем остановились на И-5. Первый вариант «Звена» нёс по одному самолёту И-5 на каждой плоскости крыла, которые устанавливались на специальной пирамиде с выпускным замком, открывающимся пилотом носителя. Истребители пристыковывались в трех точках, одной задней и двух передних.

Первые испытания с И-5 начались в сентябре 1933 года. В них принимал участие модифицированный ТБ-1, с двумя укрепленными на нем истребителями И-5, которые пилотировали лётчики В.К. Коккинаки и И.Ф. Гродз. Полный вес «Звена-1А» составлял двенадцать тонн. Так как использовались бипланы, то самолёты И-5 пришлось устанавливать сверху крыла носителя. Для того чтобы поднять истребитель на крыло носителя были сооружены огромные деревянные конструкции, по которым они и закатывались вручную(!) на крыло ТБ-1.

Другая конфигурация, имевшая название «Звено-2», состояла из четырехмоторного бомбардировщика ТБ-3 с тремя истребителями И-5. «Звено-2» было испытано в августе 1934 года. В первом полёте на верхнем крыле ТБ-3 было укреплено два И-5. Во втором полете на фюзеляже ТБ-3 был укреплён один И-5. В третий полёт ТВ-3 отправился с тремя И-5 – двумя на крыле и одним на фюзеляже.

Истребители И-5 использовавшиеся в испытаниях, кроме других незначительных модификаций, имели специальный кок винта. Испытания с конфигурацией «Звено-2» оказались успешными.

Скоростные характеристики экспериментального ТВ-З^М-17Ф с тремя И-5, были практически идентичны характеристикам стандартного варианта бомбардировщика ТВ-3.

Задний узел крепления уже расстыкован и этот И-5 готовится стартовать со своего носителя – ТБ-3- 4М-17Ф. Самолет оснащен нестандартным коком винта.

Экспериментальный ЦКБ-3, окрашенный полностью в темно-зеленый цвет. ЦКБ-3 отличался от серийного И- 15 меньшим, более заостренным вертикальным стабилизатором, и несколько иным кольцом капота на оригинальном американском звездообразном двигателе воздушного охлаждения Wright SCR-1820 F-3 Cyclone. Самолет вооружен четырьмя пулеметами ПВ-1.