Во второй половине двадцатых годов, в ходе широкой дискуссии о путях развития самолетостроения в стране, в авиационных кругах возникли споры о том, что важнее для самолета-истребителя: скорость или маневренность. Специалисты и летчики, считавшие скорость главной характеристикой истребителя, настаивали на производстве двигателей жидкостного охлаждения. Обладая меньшим поперечным сечением, такие двигатели обеспечивают лучшую аэродинамику самолета, а следовательно, и высокие скорости. Сторонники противоположной точки зрения считали, что в первую очередь следует организовать массовое производство звездообразных двигателей воздушного охлаждения, которые обеспечат защиту летчика в бою, а потеря в скорости перекроется лучшей маневренностью самолета.

Решение Советского правительства одновременно разрабатывать и производить двигатели и воздушного и жидкостного охлаждения положило конец этим спорам. Конструкторские коллективы получили указания при проектировании истребителей добиваться не только большой скорости, но и хорошей маневренности при безусловной надежности машины.

Конструкторское бюро, возглавляемое Н.Н.Поликарповым, одним из первых сумело сочетать эти противоречивые требования на самолете И-3, выпущенном весной 1928 года.

Проблема с авиадвигателями в СССР тогда стояла довольно остро. Собственных современных образцов попросту еще не было, а покупка их за границей также являлась нелегкой задачей. С большим трудом удалось добиться лицензии на производство двигателя BMV.VI. Хотя этот мотор из-за больших габаритов и веса не очень подходил для самолетов-истребителей, он, под обозначением М-17, на долгие годы стал одним из самых распространенных советских авиадвигателей.

Постройка первой летной машины И-3 под двигатель BMW.VI длилась менее четырех месяцев и 21 февраля 1928 года летчик-испытатель Михаил Громов впервые поднял самолет в воздух. К середине марта заводские испытания машины закончились и ее передали для дальнейших испытаний в НИИ ВВС.

Еще до первого полета опытной машины было принято решение о запуске истребителя И-3 в серийное производство. Но из-за загруженности завода производством разведчиков Р-1 и истребителей И-2 освоение самолета И-3 шло медленно. Тем не менее в 1929 году самолеты начинают поступать в истребительные отряды.

Благодаря высоким летным и боевым качествам, большой прочности и надежности, истребитель И-3 полюбился летчикам. Летчикам нравилась простота пилотирования на взлете и посадке, большая устойчивость в динамике полета, значительные горизонтальная и вертикальная скорости. Вплоть до начала 1933 года самолеты этого типа являлись основными истребителями в ВВС РККА. Всего было построено 400 самолетов.