В августе – сентябре 1930 года, была построена небольшая серия из семи самолётов ВТ-11. Затем машины были переданы в Научно-исследовательский институт военно-воздушных сил (НИИВВС) для испытания самолётов в армейских условиях. Эти самолёты были практически идентичны второму прототипу, за исключением добавления небольшого заголовника за открытой кабиной пилота, отсутствия колпаков закрывавших спицы на основных колесах, также был несколько переработан руль направления. Кроме того, выпускные заглушки в крышке обтекателей цилиндров также были изменены. Трубка Пито расположенная на правом борту, ниже кабины пилота была перенесена на N-образную фюзеляжную стойку, поддерживающую правую сторону центральной части крыла.

В свою очередь и сам Ворошилов принял участие в модификации самолёта, внеся свои дополнения к конструкции самолёта.

Замечания Ворошилова привели к появлению совершенно нового проекта истребителя, получившего в производстве обозначение И-5 (буква «И» означала истребитель). Была создана специальная комиссия под руководством И. М. Косткина, чтобы ускорить подготовку серийного выпуска истребителя на авиационном заводе №21 в Нижнем Новгороде на Волге. Подготовка включала производство шаблонов и набор соответствующих чертежей самолёта И-5. Эта обязанность была возложена на И.Ф. Флорова, который отвечал за подготовку чертежей. Множество студентов последнего курса технического техникума участвовали в работе по изготовлению шаблонов, т.к. чертежей прототипа не существовало. Детали делали вручную, по эскизам, которые поспешно были сделаны практически в последние дни на испытаниях. Единственные проектные документы, сделанные по правилам, были статические расчеты, которые Поликарпов собрал в огромный том.

Пока шла подготовка серийного производства И-5, был построен третий прототип. Его отличия от первых двух состояли в установке девятицилиндрового мотора воздушного охлаждения М-15 мощностью 450 л.с. Ряд цилиндров опоясывало кольцо Таундена, снижавшее сопротивление набегающему потоку, на самолёте был установлен общий патрубок выхлопа цилиндров. Эти изменения были использованы на серийных самолётах. N-образные стойки крыла были значительно утолщены по сравнению с первыми двумя прототипами и перекочевали на серийные самолёты. На третьем ВТ-11 было установлено зеркало заднего вида на правой стороне верхнего крыла.

Третий прототип поднял в воздух лётчик- испытатель И.В. Павлов 1 июля 1930 года. На его борту красовалась надпись: «Подарок XVI партсъезду». Испытания выявили, недостаточную надёжность двигателя М-15 и невозможность его серийного выпуска для установки на И-5, кроме того, подтвердилось, что кольцо Таундена уменьшает сопротивление набегающему потоку, в результате его рекомендовали к установке на серийные И-5.

Множество И-5 устанавливались на лыжное шасси вместо стандартных колес, чтобы иметь возможность действовать с нерасчищенных заснеженных аэродромов. Этот самолет имеет нестандартный небольшой кок и цельнометаллический винт.

Передняя часть фюзеляжа, капот двигателя и диски колес этого И-5 имеют цвет натурального металла, в то время как задняя часть самолета окрашена в оливково-зеленый цвет.