Серийное производство «Чаек» на авиазаводе № 1 началось в 1939 г. В течение последующих 12 месяцев И-153, получивший заводской индекс «тип 34» полностью вытеснил из производства более ранний И-15бис («тип 32»). Поквартальное распределение выпуска И-15бис и И-153 распределялось так:
Кроме того, еще 189 И-153 с двигателями М-63 не достроили и они перешли в план 1940 г.
В 1939 г. на авиазаводе № 1 производили не только серийную продукцию, поэтому уместно будет упомянуть и другие работы. Так, в течение этого года здесь велась сборка шести истребителей монопланов И-180. Спустя два месяца, в декабре, достроили опытный истребитель полутораплан И-190, предлагавшийся на замену И-153.
В соответствии с Постановлением КО № 171сс от 20 июня 1939 г., на заводе № 1 началось освоение двухмоторного ближнего бомбардировщика ББ-22 конструкции А.С. Яковлева. 17 июля 1939 г. последовал соответствующий приказ наркомата авиапромышленности об организации на заводе конструкторского бюро КБ-70 в количестве 70 человек по подготовке серии ББ-22. Вновь назначенному начальнику КБ-70 инженеру Стронгину и его заместителю Курбала приказывалось немедленно приступить к разработке конструктивных чертежей, директору завода П.А. Воронину и его заместителю П.В. Дементьеву в трехдневный срок изыскать помещение для нового коллектива. Далее следовало распоряжение немедленно собрать всех лучших специалистов по деревянным конструкциям для работы над ББ-22, а расценки для рабочих установить выше на 20 — 30%, чем на производстве И-153 «Чайка». К августу 1939 г. на новом бомбардировщике требовалось довести вооружение, шасси и силовую установку. Все эти и другие меры предпринимались для того, чтобы в соответствии с принятыми планами, в 1940 г. выпустить 1000 самолетов ББ-22. Планы эти реализовались лишь частично, 50 заложенных ББ-22 к концу года не закончили и поэтому они перешли в план 1940 г.
1940 год стал последним годом производства истребителей И-153. При запланированном выпуске 2040 машин было собрано 2362 «Чайки». В конце года авиазавод № 1 перешел на выпуск истребителей МиГ. До конца года здесь произвели 100 МиГ-1 и 20 МиГ-3, а также 81 ББ-22. Хотя производство И-153 официально прекратили, но еще 64 «Чайки» достроили в 1941 г. Суммарный выпуск И-153 за 1939 — 1941 гг. составил 3437 экземпляров. Летом 1941 г. наряду с истребителем И-16, «Чайка» являлась основой истребительной авиации Советского Союза.