Первоначально переоборудовали четыре самолета войсковой серии: № 6001, 6003, 6006, 6011. Заводские и одновременно государственные испытания этих И-153, оснащенных двигателями М-25В и М-62, проходили с 19 июля по 29 августа 1939 года. В отдельных случаях пилоты забирались на высоту 12 км. И-153 ТК с М-25В развивал максимальную скорость 455 км/ч на высоте 8750 метров, а И-153 ТК с М-62 – 482 км/ч на высоте 10 300 м. Позднее, по заводским данным, в 1940 году построили 20 истребителей И-153 М-62 ТК и один И-153 М-63 ТК. Самолеты предполагалось использовать в частях ПВО.