Все наши истребители конца 20-х годов в чем-то были первыми. И-4 являлся первым отечественным цельнометаллическим истребителем. Во второй половине 20-х годов истребительная авиация ВВС РККА еще в значительной мере зависела от поставок самолетов из-за рубежа. Голландские «Фоккеры» и английские «Мартинсайды» составляли значительную часть ее авиапарка. Чтобы заменить их, руководство ВВС заказало конструкторским коллегиям страны проектирование целого ряда истребителей различного типа. Осенью 1925 года впервые появилось задание на цельнометаллический истребитель с мотором воздушного охлаждения, создание которого УВВС поручало ЦАГИ. Это задание впоследствии несколько раз корректировалось и окончательно было утверждено НТК УВВС лишь 7 июля 1927 года, когда самолет был почти готов.

Такое задание позволяло военным решить ряд вопросов:

1.Выяснить принципиальную возможность создания современного цельнометаллического истребителя.

2.Сравнить истребитель с двигателем воздушного охлаждения с аналогичной машиной, имеющей двигатель жидкостного охлаждения (задание на такой истребитель И-3 получил Н.Н.Поликарпов). Дело было в том, что при одинаковой мощности моторы воздушного охлаждения имели меньший вес, чем моторы с жидкостным охлаждением, но зато создавали значительно большее аэродинамическое сопротивление.

3.Получить, в случае успеха, боевую машину, отвечающую требованиям своего времени. Заданием определялась максимальная скорость полета у земли - 260 км/час, на высоте 5000 м - 250 км/час. На высоту 5000 м истребитель должен был забираться за 12 минут. В задание заложили довольно высокие показатели маневренности: например, восьмерку надо было выполнить за 25 - 28 секунд. Как и у всех советских самолетов того времени, предусматривались два быстрозаменяемых варианта шасси - колеса и лыжи. Интересно, что в окончательном варианте задания требовалось очень мощное по тому времени вооружение из четырех пулеметов и установки радиостанции, чего не было тогда на истребителях развитых стран Запада. Новинкой был и следующий пункт: «необходимо предусмотреть возможность установки съемной брони, защищающей пилота сзади и снизу».

2 февраля 1926 года УВВС заключило с ЦАГИ договор о проектировании и подготовке опытного образца истребителя, названного ВВС И-4. АГОС ЦАГИ, будущее ОКБ А. Н. Туполева, являлось тогда единственным в стране коллективом, имеющим опыт металлического самолетостроения. Первоначально проектированием истребителя, получившего «фирменную» марку АНТ-5, руководил А.И.Путилов, возглавлявший группу, создававшую фюзеляж и шасси. С 1932 года бригаду возглавил П.О. Сухой, руководивший группой моторамы и внедрением самолета в серию. Разработку основных агрегатов возглавляли также: В.М.Петляков — крыло; Н.С.Некрасов—оперение; Е.И.Погосский — оборудование; П.П.Погосский — мотоустановка.

Для нового истребителя выбрали широко применявшуюся тогда схему полутораплана, но с очень большой разницей в площадях верхнего и нижнего крыла - нижнее впятеро меньше верхнего. Межкрыльевых стоек фактически не было - их заменили V-образные подкосы, идущие от середины верхнего крыла к фюзеляжу. Таким образом, верхнее крыло держалось на этих подкосах и стойках кабана, усиленных расчалками, как в моноплане-парасоль. Сами крылья имели необычный широкий профиль ЦАГИ. Нижнее крыло было неразъемным, а верхнее состояло из двух половин, стыковавшихся по оси самолета. Верхнее крыло имело три лонжерона, нижнее - два. Весь силовой набор самолета выполнялся из кольчугалюминия - отечественного алюминиевого сплава, по своему составу и свойствам близкому к дюралюминию, ввозившемуся тогда из Германии. Каркас (или как тогда писали «остов») фюзеляжа истребителя состоял из трех продольных балок-лонжеронов, семи рам и системы внутренних подкосов. Весь самолет был обшит тонкими гофрированными кольчугалюминиевыми листами, но обшивка не несла нагрузок. Мотор был расположен традиционно, в передней части машины. В задании сперва указывалось только, что это должен был быть звездообразный двигатель воздушного охлаждения мощностью порядка 450 л.с. Впоследствии уточнили, что желателен французский мотор Gnome-Rone 9Ad мощностью 420 л.с. Он являлся лицензионной копией английского двигателя Bristol «Jupiter» IV, тогда одного из лучших в Европе. При меньшей мощности мотора летные данные, конечно, ухудшались, но французские моторы можно было получить за приемлемую цену и в подходящие сроки. На АНТ-5 «Юпитер» установили на очень оригинальную мотораму - усеченный конус, склепанный из кольчугалюминиевого листа. Эта подмоторная рама в технологическом отношении выгодно отличалась от всех других подобных тем, тем, что могла изготовляться штамповкой. Двигатель прикрыли капотом, оставлявшим снаружи головки цилиндров. Он плавно переходил в округлый кок двухлопастного деревянного винта. За противопожарной перегородкой в фюзеляже размещался бензобак. Для осмотра и ремонта его можно было вытащить через люк на правом борту. На левом борту располагался маслорадиатор типа «Ламблен». За баком в открытой сверху кабине, прикрытой от набегающего потока небольшим целлулоидным козырьком, сидел летчик. Сзади его голова упиралась в небольшой заголовник, улучшавший обтекание и защищавший при капотировании.

Оперение истребителя тоже являлось цельнометаллическим, даже обшивка рулей была кольчугалюминиевой. Шасси - двухколесное шарнирное с неразрезной осью и резиновыми пластинчатыми амортизаторами. Стойки шасси - из стальных труб. Стальным был и ориентирующийся костыль под хвостовой частью фюзеляжа. На истребителе планировалось поставить два синхронных пулемета «Виккерс» образца 1924 г. (калибр 7,62 мм) - от поправки к заданию, связанной с установкой четырех пулеметов, ЦАГИ удалось отбиться, ссылаясь на слишком позднее поступление. Аналогичным образом обошлись и без бронезащиты.

Макет АНТ-5, по-видимому, не изготовлялся, либо не предъявлялся заказчику. Во всяком случае, автору не удалось найти в архивах каких-либо связанных с этим документов. Зато постройка опытного АНТ-5, начатая в конце 1926 г., проходила под постоянным контролем представителей УВВС, которые ежемесячно отчитывались об изготовленных узлах и агрегатах. Самолет строили долго, правда свою лепту внесли здесь задержки с поставками кольчугалюминиевого проката. Лишь в августе 1927 г. АНТ-5 вышел на заводские испытания.