Большинство И-152 поставлялись с заводов окрашенными в оливково-зеленый цвет (верхние поверхности) и светло-голубой цвет (нижние поверхности). В то время, значительное количество красителей, использовавшихся в советской авиационной промышленности импортировалось из Германии и, в результате, цвета, используемые для окраски советских довоенных истребителей, были очень похожи на те, которые использовались и для немецких самолетов. До лета 1941 года, знаки национальной принадлежности наносились на верхней части верхнего крыла и нижней – нижнего крыла, а также на фюзеляже. В этот период красная звезда имела вписанный в нее черный круг и тонкую черную окантовку. Внутренние стойки обычно окрашивались в евегло-голубой цвет, хотя некоторые машины имели внутренние стойки темно-зеленого цвета. Тактический номер обычно наносился на руле и имел окантовку светло-желтого цвета. Имелось множество вариантов написания цифр тактических номеров, использующихся в различных авиационных полках, которые имели на вооружении истребители И-152.
В начале Великой Отечественной войны ряд И-152, нес двухцветную камуфляжную окраску. Некоторые самолеты имели оливково-зеленую/светло-зеленую схему окраски, другие оливково-зеленую/чернозеленую схему на верхних поверхностях и светло-голубую окраску на нижних поверхностях. Часто красные звезды на верхних поверхностях крыла вообще не наносились. Кроме того, от малого черного круга вписанного внутрь звезды также отказались. Некоторые самолеты имели вторую красную звезду, с тонкой черной обводкой на стабилизаторе, в то время как тактический номер перемещался на борта фюзеляжа.
Боевые действия
18 сентября 1931 года, японские войска вторглись в Манчжурию, основав там новое государство во главе с марионеточным японским правительством. 12 марта 1936 года СССР подписал договор о взаимной помощи с Монгольской Народной Республикой, тем самым, подав японцам отчетливый сигнал, относительно необходимости сохранения независимости Монголии.
Серия вооруженных столкновений между советско-монгольскими и японскими войсками на манчжурско-монгольской границе, которая началась в 1936 году, переросла в настоящую, хотя и необъявленную войну, вспыхнувшую 11 мая 1939 года, в районе реки Халхин-Гол. Численность армейских и военно-воздушных сил, участвовавших в боях, была даже больше чем войск использовавшихся в ходе гражданской войны в Испании. Командующим советской авиацией в районе боевых действий был назначен Яков Смушкевич (ранее руководивший советским воздушным контингентом в Испании).