20 февраля 1939 года, пятнадцать китайских и четырнадцать советских пилотов, подняли свои И-152 и И-16, на перехват японских бомбардировщиков, которые атаковали Ланчжоу (Lanchow). Истребители Поликарпова в этот день добились девяти побед. 23 февраля 1939 года, двенадцать японских бомбардировщиков были перехвачены группой из двадцати одного китайского истребителя, после чего еще шесть японских бомбардировщиков оказались на земле.
В ноябре 1939 года советские группы «добровольцев» начали покидать Китай. Теперь советская помощь оказывалась в основном вооружением и материалами, а не участием «добровольцев» в боевых действиях.
На южном фронте Китая 1939 год закончился крупным поражением китайских ВВС, когда 30 декабря тринадцать истребителей японского военно-морского флота в воздушном бою под Нанкином сбили четырнадцать И-152 и И-16, потеряв при этом всего один самолет.
В 1940 году без иностранных пилотов- добровольцев и пополнения материальной частью, Китай имел только около 150 самолетов. Большая часть сил японской бомбардировочной авиации военно-морского флота, была переброшена в центральный Китай, чтобы присоединиться к летним стратегическим бомбовым ударам, по Чунгкинry (Chungking). 11 августа 1940 года, девяносто японских бомбардировщиков, бомбивших Чунгкинг были перехвачены двадцатью девятью истребителями из 4-й Группы, которые использовали уникальную тактику. Шесть И-152 пролетев над строем бомбардировщиков, сбросили каждый по четыре небольших бомбы на парашютах, взрыватели которых были установлены на шестисекундную задержку. Это нарушило строй японских самолетов, позволив китайцам на истребителях И-16 сбить два бомбардировщика и еще несколько повредить.
13 сентября 1940 года, в небе Китая впервые вступил в бой знаменитый японский истребитель Mitsubishi А6М1 Зеро, тогда тринадцать Зеро сопровождали двадцать семь бомбардировщиков G3M2 в район Чунгкинга (Chungking). После того, как бомбардировщики, отбомбившись, покинули цель, разведывательный самолет Mitsubishi С5М1 радировал японским истребителям, что им была замечена группа китайских истребителей в районе Пи-шама (Pi-sham). В нее входили девять истребителей И-16 и девятнадцать И-152 из 4-й Группы. Японские Зеро атаковали китайцев добившись замечательного успеха. Тринадцать китайских истребителей были сбиты, а еще одиннадцать повреждены, десять китайских пилотов погибло и восемь, включая командира 4-й Группы, были ранены.
Ряд истребителей И-152 был модернизирован на местном китайском авиационном заводе №1 (Air Force №1 Aircraft Factory) в Гуйанге (Gujyang). Эти И-152 оснащались двигателем Wright Cyclone SR-1820-F-53, и трехлопастным винтом Hamilton Standard с лопастями изменяемого шага. Эти двигатели и винты были заимствованы с самолетов Curtiss Hawk III. С установкой нового двигателя, оригинальный капот на этих И-152 заменялся более коротким. Воздухозаборник на верхней части капота двигателя был удален, как и регулируемые жалюзи в его передней части. Большие выхлопные патрубки по обоим бортам оригинального И-152 были заменены одним небольшим патрубком меньшего диаметра. Когда исчерпался запас оригинальных, шин советского производства, И-152 модифицировались для того чтобы на них можно было использовать шины от Curtiss Hawk III и Curtiss Hawk II, оригинальная хвостовая опора также заменялась хвостовым колесом, с грязезащитным щитком, установленным перед колесом.