За первые два года производства на ГАЗ № 1 изготовили 52 И-2. Самолеты поступили на службу в Гатчину (Троцк), Брянск и Витебск. В 1929 г. эти истребители имелись в Борисоглебской летной школе. Первые два И-2бис поступили летом 1928 г. в 15-ю авиабригаду в Брянске. До конца года количество «бисов» здесь увеличилось до десятка. В начале 1929 г. по опыту их эксплуатации был составлен отчет, в котором И-2бис расценивался как самолет с достаточно тяжелым и инертным управлением. Пикировал устойчиво, на выходе имел значительную просадку. Мал был козырек кабины пилота, а вырез под нее расценивался как слишком большой. Последнее надо понимать так, что, пойдя навстречу пожеланиям летчиков, увлеклись и хватанули лишнего. С конца 1928 г. в летные части начали поступать И-2бис ленинградского авиазавода № 23. Всего до официального прекращения производства в 1929 г. двумя заводами было выпущено 209 И-2 и И-2бис. Общая картина производства выглядит следующим образом.

Несмотря на то, что производство И-2 и И-2бис закончилось в 1929 г., отдельные машины сдавались и в 1930 г. А последний истребитель сдали в мае 1931 г. Им стал И-2бис № 1990, который являлся первым эталонным И-2бис, построенным еще в 1927 г. Три года аппарат простоял на заводе, прежде чем отправился к месту службы – во 2-ю летную школу. В ВВС РККА наибольшее количество И-2 и И-2бис – 107 экземпляров – находилось в строю во второй половине 1930 г., в 1931 г. – 77, в 1932 г. – 64, в конце 1933 г. – 45 экземпляров. В последующие годы некоторое количество старых истребителей использовалось в качестве учебных пособий, передавалось в оборонные организации и учебные заведения.

В 1928 г. СССР продал правительству Персии некоторое количество Р-1, У-1, И-2бис. Самолеты особенно тщательно готовились, наряды на поставку шли под грифом «особое назначение», опознавательные знаки не наносились.