Однако намеченные планы выпуска истребителей срывались (это относилось не только к И-5, но и, например, к И-7, на который возлагались большие надежды), а с ними срывалось и перевооружение истребительной авиации. Надо было модернизировать И-5, становившийся основным типом одноместного истребителя, иначе он мог устареть раньше, чем им насытят части ВВС.
Поэтому серийное производство в 1933 г. решили базировать на улучшенной модели, так называемом эталоне 1933 г. (он же И-5бис). Его постройку возложили на завод № 21, который обязали представить готовую машину к 25 декабря 1932 г. Военные требовали облетания самолета на 100-150 кг и улучшения летных характеристик, в первую очередь скорости полета.
Эталон 1933 г. в срок готов не был. Он вышел на испытания лишь летом 1933 г. Истребитель стал не легче, а, наоборот, тяжелее – масса пустого самолета на колесах возросла до 1002 кг. Это явилось оборотной стороной тех усовершенствований, что были внесены в конструкцию и оборудование машины. Новый вариант внешне отличался каплевидными обтекателями на колесах и металлическим (дюралевым) винтом меньшего диаметра (2,7 м). Шаг нового винта можно было регулировать, выставляя его на земле в положения для малого и большого шага. Кока на втулке винта теперь не было. Поликарпов оптимизировал параметры кольца Таунснда, снизив его лобовое сопротивление. Резко усилилось вооружение: пулеметов ПВ-1 стало четыре (еще одну пару расположили тоже по бортам фюзеляжа, но выше оси самолета), увеличился их боезапас, четыре бомбы по 10 кг теперь подвешивались на держателях Д-1 под нижним крылом. (Два пулемета и бомбы засчитывались в перегрузку.)
Еще больше изменений внесли во внутреннее оборудование машины. Сменили подогреватель и бензопомпу. Предусмотрели установку фотоаппарата АФА-14 и радиостанции 15-СК. В кабине появилась по-новому скомпонованная приборная доска (раньше, например, летчики жаловались на то, что ручка управления закрывает компас). Набор приборов, правда, остался по-прежнему небогатым: тахометр, масляный термометр, два манометра (масло и бензин), указатель скорости, «Пионер» (указатель курса), высотомер, часы и компас. На И-5 не было даже бензиномера!
Но главной изюминкой эталона 1933 г. были поворотные стойки. Это были вращающиеся обтекатели на стойках, выполнявшие функции дополнительных рулевых поверхностей при выходе из штопора. Они значительно увеличивали момент, прекращающий вращение. При попадании в штопор пилот должен был открыть внешнюю по отношению к описываемой спирали стойку. Впервые это устройство испытали на переделанном старом И-5 из пробной серии завода №39 в мае 1933 г. При правильном управлении стойками запаздывание уменышшось вдвое, но механизм был тяжеловат и не очень надежен: на испытаниях его трижды заедало. Эталон 1933 г. на испытаниях продемонстрировал увеличение скорости горизонтального полета на высотах до 3000 м (только обтекатели колес дали прирост в 9 км/ч), но ухудшились скороподъемность и маневренность, а выше 5000 м упала и максимальная скорость. Подвеска бомб уменьшала скорость еще на 7-8 км/ч. Подверглись критике и поворотные стойки. Сочли, что они неоправданно утяжеляют конструкцию, хотя и уменьшают время запаздывания при выходе из штопора, но трудность управления ими не окупает выгоды. Более того, при ошибочном открывании внутренней стойки самолет не выходил из штопора вообще.
В итоге эталон 1933 г. государственной комиссией принят не был (несмотря на две попытки его сдать), но почти всс его отличительные черты внедрили на серийных И-5 выпуска 1933-1934 гг. Примерно на десятке И-5 поставили по четыре ПВ-1, новая приборная доска стала стандартной. Использовали и приемы усиления конструкции, предложенные в эталоне 1933 г. С 1934 г. И-5 стали оснащать металлическими винтами, причем их устанавливали в частях и на самолеты более ранних лет выпуска.
В 1933 г. завод № 1 И-5 уже не строил, весь выпуск (321 истребитель) обеспечивал завод № 21, немного не дотянув до плановой цифры – 350 машин. К концу года И-5 стал самым массовым истребителем ВВС РККА. На 1 декабря их было 343, т. с. около 40% всего тогдашнего парка истребительной авиации. Они заменили в строю большую часть И-3. Основными районами дислокации И-5 по-прежнему оставались Ленинградский и Украинский военные округа и Забайкалье (ВВС ОКДВА). В 1933 г. к ним добавился еще Дальний Восток (28-я эскадрилья в Воздвиженке и 32-я в Хабаровске). В Забайкалье и на Дальнем Востоке в конце 1933 г. находились 137 И-5. Начали появляться они также в Белоруссии и Подмосковье.
Но «звездный час» И-5 оказался недолог. Авиационная техника развивалась в тс годы невиданными темпами, и летом 1933 г. вышло на испытания уже новое поколение советских истребителей. Биплан И-15, сконструированный тем же Н. Н. 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. И-14 П. О. Сухого и И-16 Н. Н. Поликарпова стали «первыми ласточками» так называемой «новой волны». Аналогичный процесс шел и на Западе. В 1933-1934 гг. там были созданы новые истребители-бипланы (например, Хейнкель Не51 и Фиат CR.32), намного превосходившие по своим данным ровесников И-5. А через год-два в различных странах появились скоростные истребители-монопланы: Хоукер «Харрикейн» в Англии, Мессершмитт Bf 109 в Германии, Северский Р-35 в США.
