В конце двадцатых годов в связи с "делом Промпартии" мощная волна репрессий обрушилась на специалистов старой школы, имевших вес и прочную репутацию в дореволюционной России. Их объявили "вредителями", взвалив на них обвинения в саботаже социалистической индустриализации. Среди арестованных было немало крупных работников авиационной промышленности.

Волею судьбы Поликарпов и Григорович стали лидерами Особого конструкторского бюро (ОКБ), созданного в ноябре 1929 года в Бутырской тюрьме в Москве. Перед "вредителями" поставили нелегкую задачу: срочно спроектировать одноместный истребитель смешанной конструкции с мотором воздушного охлаждения.

История этой машины, получившей название И-5, началась летом 1927 года, когда Поликарпов разработал предварительный проект истребителя под английский мотор Bristol Jupiter - один из лучших в те годы по удельной мощности. Это давало возможность обеспечить хорошую маневренность и скороподъемность. Постройка И-5 была включена в пятилетний план развития советского самолетостроения. Выполнение этой программы позволило бы перевооружить ВВС РККА, окончательно вытеснив из советской военной авиации импортную технику. Туполев, используя свой авторитет, добиться передачи этого заказа ЦАГИ, где он был поручен бригаде Сухого. Поликарпов же получил задание на деревянный истребитель И-6, который во многом повторял первоначальный облик И-5, но предусматривал более современный мотор Jupiter VIII. Однако Сухой столкнулся с немалыми трудностями при работе с заданием, которое фактически было написано по готовому проекту Поликарпова, и в итоге Туполев от И-5 отказался. Завершить разработку И-5 поручили специалистам из ОКБ.

Меньше чем за два месяца маленький коллектив ОКБ спроектировал новый истребитель. Уже 29 апреля 1930 года летчик Бухгольц поднял в небо первый опытный экземпляр самолета с обозначением ВТ-11 ("ВТ" означало "внутренняя тюрьма"), даже опередив плановые сроки. Стремительность процесса работы во многом объяснялась имевшимся у Поликарпова заделом уже готовых подходящих конструктивных решений, найденных ранее.

Самолет И-5, как и большинство истребителей того времени, являлся полуторапланом. Двигатель закрывался капотом сложной формы: головка каждого цилиндра имела индивидуальный обтекатель. Мотор вращал деревянный двухлопастный винт диаметром 2,9м. Втулку винта закрывал большой кок, продолжавший линии капота. Первый опытный И-5 (ВТ-11) был вооружен двумя пулеметами ПВ-1, установленным бортам фюзеляжа ниже уровня оси самолета. Их стволы выходили в длинные прорези, тянувшиеся к носу машины. Для действий по наземным целям предусматривалось и бомбардировочное вооружение.

Вторая машина, ярко-красный истребитель с белой надписью на борту "Клим Ворошилов" (она же ВТ-12), отличалась от ВТ-11 мотором Jupiter VI (тоже французского производства) и меньшей высотой руля поворота, кончик которого как бы "затупился" сверху.

Третий самолет, названный "Подарок XVI партсъезду" (ВТ-13), существенно отличался от двух первых. На ВТ-13 стоял опытный отечественный двигатель М-15. Этот мотор был еще более высотным, чем Jupiter VII. На высоте 5000м он должен был развивать мощность 600л.с. Капотирование двигателя на третьем самолете также было иным: на нем стояло так называемое кольцо Тауненда, прикрывавшее верхушки цилиндров, и лобовой капот с жалюзи, регулирующим обдув. За кабиной пилота появился гаргрот, улучшающий обтекание и защищающий летчика при опрокидывании самолета. Эта машина совершила свой первый полет 1 июля 1930 года.

Самым перспективным сочли второй экземпляр, который благодаря двигателю имел неплохие характеристики и у земли, и на средних высотах. По скорости он существенно опережал И-4 во всех диапазонах высот, а по сравнению со значительно более тяжелым И-3 выигрывал по маневренности.

Почти одновременно с И-5, испытывался и истребитель И-6. Вышедшая на испытания в 1930 году машина существенно отличалась от проекта 1929 года. Конструктор улучшил аэродинамику самолета, изменил шасси и фюзеляж, но главной новинкой являлся первый отечественный винт изменяемого шага, изготовленный ЦАГИ. Самолет И-6 был очень сходен с И-5 по своим летным данным, немного превосходя его в скорости, но уступая по скороподъемности и характеристикам маневренности на горизонталях из-за экспериментального винта, недодававшего тягу. В июле 1930 года единственный построенный И-6 разбился, летчик выпрыгнул с парашютом.

Осенью 1931 года была построена установочная серия самолетов И-5 с моторами Jupiter VI французского производства для войсковых испытаний. Новый истребитель получил у строевых летчиков положительную оценку. Отмечалось, что взлет и посадка просты, самолет может использоваться с небольших площадок, обладает хорошей маневренностью, устойчив в полете с работающим мотором и на планировании, легок в управлении, неплохо пикирует. Некоторые недостатки не портили общего хорошего впечатления о машине.

Было решено запустить самолет в массовое производство. Часть серийных самолетов имела французские моторы, но на некоторых установили советские аналоги М-22. Мотор М-15 долго и мучительно доводился, серийное производство никак не могли наладить. Качество серийных моторов было намного хуже, чем опытных и, в конце концов, от перспективы их установки на И-5 отказались.

В процессе производства И-5 был доработан. Изменилась форма капота, очертания бортиков кабины пилота, форма ветрового козырька, усилили пол кабины. Но самой существенной новинкой стало сильно измененное шасси. Старое слишком высокое шасси не обеспечивало И-5 достаточной устойчивости при разбеге и пробеге, что приводило к поломкам шасси и капотированию.

После успешной демонстрации И-5 на смотре авиации в 1931 году, решением коллегии ОГПУ многих заключенных конструкторов выпустили на свободу.

В 1932 году производство И-5 было не только продолжено, но и предпринимались большие усилия по его увеличению. Эта машина должна была стать первым советским по-настоящему массовым истребителем. Летчики строевых частей хорошо приняли И-5. Очень маневренный, устойчивый в полете, послушный в управлении и неприхотливый к взлетным площадкам, он неплохо зарекомендовал себя в первые годы эксплуатации.

И-5 среди своих потенциальных противников выглядит явным "середняком", не выделяясь какими-то особенно высокими характеристиками. Он не мог похвалиться ни высокой максимальной скоростью, ни потолком, ни скороподъемностью. Зато у земли И-5 ненамного или вообще не уступал конкурентам по скорости и выделялся в положительную сторону отличной маневренностью на горизонталях. Очень легкий и компактный, самолет с небольшой нагрузкой на крыло имел очень маленький радиус разворота, здесь ему не было равных. И-5 легко и послушно выполнял все фигуры высшего пилотажа. На авиационных парадах начала тридцатых годов воздушная акробатика на И-5 обычно была одним из главных номеров программы.

Но "звездный час" И-5 оказался недолог. Авиационная техника развивалась в те годы невиданными темпами, и летом 1933 года вышло на испытания уже новое поколение советских истребителей. Биплан И-15, сконструированный Поликарповым как развитие концепции И-5 на базе проекта И-13, намного превосходил своего предшественника. Но еще важнее было появление машин совершенно нового класса: скоростных истребителей-монопланов.