Известно о трех построенных экземплярах ДИТ, они имели обозначение ДИТ-1, ДИТ-2, ДИТ-3. Предполагалась серия на авиазаводе № 207 (Долгопрудный), которая не была осуществлена.
ДИТ-1 № 5128 и ДИТ-2 № 5337 постройки авиазавода № 1 летали весной — летом 1939 г, ДИТ-3 появился в конце лета. В облетах участвовали летчики Пумпур, Ларюшкин, Давыдов, Жуков, Туржанский. Общее впечатление о машине было вполне благоприятным, техника пилотирования не отличалась от И-15бис. «Самолет ДИТ дает полную возможность управления как из задней кабины, так и из передней, на всех режимах полета. Устойчивость по всем трем осям хорошая, допускает ошибки в пилотировании. ..Имея запас горючего 320л, обеспечивает продолжительность полета на средних режимах мотора порядка 2 часа 20 мин. Нормально входит и выходит из штопора». Недостатком считалась близость приборной доски к пилоту во второй кабине — сказывались малые размеры машины.
Хотя самолеты ДИТ распространения не получили, три построенных образца использовались максимально эффективно. Один экземпляр применялся для служебных полетов в НИИ ВВС. Так, 18 мая 1940 г. летчик Давыдов с наблюдателем Ерышевым летали на ДИТе для наблюдения за штопором самолета И-180.
Другие два экземпляра в 1940 г. направили в район Севастополя. В дальнейшем они участвовали в боевых действиях. Известно, что два ДИТ использовались в качестве разведчиков и корректировщиков артогня на Южном фронте в районе Новороссийска в 1942-43 годах. Согласно воспоминаниям очевидцев, они были окрашены мелкими пятнами песочного цвета.
В связи с освоением двигателя М-62 мощностью 800 л.с., в 1939 г. часть И-15бис решили оснастить такими моторами. Кроме построенных на заводе № 1 двадцати семи И-15бисМ-62, предполагалось непосредственно в частях производить замену М-25В на новые двигатели.
В ходе испытаний опытного И-15бис № 5237 удалось получить некоторое улучшение летных характеристик, в частности, максимальная скорость на высоте 4200 м составила 400 км/ч. Летали летчики А.Ф. Тамара (начальник ЛИС завода № 1), к-н К.К. Коккинаки (младший брат Владимира Коккинаки), Б.А. Туржанский, А.И. Залевский. 16 мая 1939 г. эта машина, пилотируемая комбригом Залевским, была разбита у станции Новосельцы, в 15 км от Лобни (под Москвой). Причина оказалась банальной — самолет забыли дозаправить перед повторным вылетом.
Еще один И-15бис М-62 № 5739 проходил эксплуатационные испытания с 13 января по 22 марта 1940 г. Летали А.И. Залевский от завода № 1 и Федрови от НИИ ВВС. Одной из задач при этом являлось испытание М-62 до полного износа. На самолете совершили 479 взлетов и посадок, выполнили 2053 фигуры высшего пилотажа.
В начале 1930-х годов достаточно большой интерес вызывали прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД). Первые советские ПВРД построил инженер И. Меркулов. Летом 1939 г. он предложил использовать их в качестве дополнительной силовой установки для увеличения максимальной скорости истребителей с поршневыми двигателями. В качестве горючего предполагалось использовать авиационный бензин из основного бака, «прямоточки» поэтому назывались «дополнительными моторами» (ДМ).
Первый такой двигатель, получивший обозначение ДМ-1 (диаметром 240 мм), прошел стендовые испытания во второй половине 1939 г. В сентябре изготовили более мощные двигатели ДМ-2, длина их составляла 1500 мм, максимальный диаметр 400 мм, диаметр выходного сопла 300 мм. Весил двигатель вместе с элементами крепления всего 19 кг. После успешных испытаний в аэродинамической трубе ДМ-2 установили под нижними плоскостями истребителя И-15бис. Хвостовую часть самолета во избежание загорания в воздухе обшили металлическими листами.
Летные испытания ПВРД на И-15бис начались 25 января и продолжались по июль 1940 г. Они велись на скоростях 320-340 км/ч. При включении ДМ скорость увеличивалась на 18-22 км/ч. Всего было проведено 54 таких полета. Летали Логинов, А. Давыдов, Н. Сопоцко и старейший московский испытатель Александр Жуков.
И-15бис ГК и его гермокабина. Аэродром авиазавода № 289 в Подлипках, август 1939 г.