Судя по фотографиям, большинство самолетов И-153 окрашивалось в серые оттенки. Это действительно так. Самолеты покрывались матовой серебристой краской, которая спустя короткое время меняла оттенок и становилась скорее серой, чем серебристой. Чтобы представить это явление, достаточно вспомнить старую алюминиевую посуду: окислившиеся кастрюли, кружки — вот он тот самый цвет.
Любопытна история возникновения такого рода окраски. До 1937 г. существовал единый стандарт покраски самолетов: зеленый верх, голубой (серо-голубой) низ. Первые воздушные столкновения в середине 30-гг., рассказы пилотов и дискуссии специалистов привели к смене приоритетов от наземной маскировки самолетов к маскировке воздушной или высотной. Оказалось, что самолеты, окрашенные в серый цвет, менее различимы в воздушном бою, а в условиях сильной дымки на определенном удалении просто «растворяются» в воздухе. Сторонников такого камуфляжа для советских самолетов оказалось достаточно. Одновременно решался вопрос надежности покрытия, отличной укрывистости и экономии средств. Уже летом 1937 г. на совместном совещании ГУАП и ВИАМ решили: «Всю поверхность фюзеляжей монокок, а также нижние поверхности крыльев окрашивать в серебристо-алюминиевый матовый цвет. Верхнюю поверхность крыльев и фюзеляжей, имеющих гранную форму (так в тексте, имелись в виду граненые фюзеляжи самолетов типа И-15. — Авт.) окрашивать в защитный цвет».
Еще ранее за введение серо-серебристой окраски высказался Н. Поликарпов. В пояснительной записке к эскизному проекту И-15бис говорилось: «Мы полагаем, что самолет И-15бис имеет назначение принимать бой в основном на высоте, а не на бреющем полете, цвет окраски самолета должен гармонировать с цветом ясного или облачного неба и маскироваться им. …Нам кажется необходимо самолеты окрашивать под цвет ясного неба голубого оттенка или же под цвет облачного неба, то есть серовато-серебряного оттенка. Кроме того, в отдельных случаях необходимо маскировать самолет для земли, давая зеленоватую защитную окраску».
Когда в серию запустили И-153, нововведение уже вовсю действовало, и большинство этих истребителей полностью окрасили «серебрянкой». Но ошибочность применения серебристой окраски вскоре проявилась. Впервые ее осознали на Халхин-Голе, где самолеты, рассредоточенные на полевых аэродромах, были прекрасно видны с воздуха. Многие И-153 тогда же перекрасили нанесением импровизированных пятен зеленого цвета.
В мае 1940 г. Постановлением Государственного Комитета Обороны СССР всю военную авиацию вновь решили перекрасить в прежние защитные цвета: сверху — зеленый, снизу — голубой. Начиная с июля авиазавод № 1 выпускал И-153, окрашенные таким образом.
Попытка упорядочивания окраски привела и к стандартному (для авиазавода № 1) нанесению опознавательных знаков. Звезды наносились красного цвета с черной окантовкой шириной 8 мм. Другие авиазаводы, в частности горьковский № 21, к нанесению звезд относились гораздо проще — безо всяких там окантовок. Впрочем, и в Москве принятое правило соблюдалось далеко не всегда. Все остальные атрибуты принадлежности самолета: бортовые номера, знаки эскадрилий в виде «пилоток» на верхушке киля и различные полосы наносились уже в частях.
Решение о нанесении стандартной камуфляжной окраски появилось в июне 1941 г. В соответствии со схемой, самолеты зеленого цвета должны были камуфлироваться пятнами черного цвета. Звезды на верхней поверхности крыльев по новой инструкции следовало закрасить. Работы по нанесению защитной окраски велись уже после начала войны. Имело место много импровизаций, чаще всего небольшие зеленые или черные пятна наносили по старой краске. Часть самолетов, естественно, перекрасить не успели, они остались в своем первозданном серо-серебристом или темно-зеленом виде.
Зимой И-153 обычно красились смываемыми белилами. При этом, в ходе эксплуатации, самолеты вскоре приобретали «облезлый» вид.