Большая группа самолетов сформировала боевой порядок над Барселоной 28 октября. Авиации предстояло поддержать действия интербригад. В налете принимали участие и истребители И-16. 30-го октября «моски» из 3-й. 4-й и 6-й эскадрилий взлетели на перехват группы бомбардировщиков, которые сопровождали истребители Фиат. Согласно данным республиканцев в воздушном бою было сбито три CR.32. однако подтверждается лишь потеря одного Фиата Клаудио Соларо из XVI группы «La Cucaracha». Соларо выпрыгнул с парашютом и попал в плен. В тот же день повреждения получил И-16 Таразоны, летчик виртуозно посадил самолет с остановившимся двигателем на аэродром, истребитель при посадке не пострадал.
31 октября в воздух поднялись И-16 из всех эскадрилий. Самолеты сопровождали ударные И-15, которые пулеметным огнем штурмовали войска противника, атаковавшие позиции республиканцев в районе Сиерра-де-Кабаллс. Над Сиерра-де-Кабаллс разгорелся ожесточенный воздушный бой – И-16 отвлеклись от выполнения основной задачи и набросились на бомбардировщики Не-111Е и SM.79. которые также подтянулись в этот район. Самолеты франкистов сопровождали истребители Фиат CR.32. Пилоты И-16 уничтожили один Не-111Е ценой потери одной «моски» (франкисты заявили о четырех сбитых И-16) – был сбит И-16 лейтенанта Франсиско Паредеса Мартинеса. Мартинес был ранен, получил ожоги, но. тем не менее, сумел покинуть горящий истребитель и благополучно приземлился на парашюте.
3 ноября летчики 30-й эскадрильи внезапной атакой сбили мессершмитт, который упал прямо в акваторию порта Лос-Альфагуэс. Вечером «моски» перехватили разведчик Do-17F, сбить не смогли, но дырок понаделали. На следующий день летчикам опять напомнили о необходимости бить бомбардировщики. а не драться с истребителями противника. Впрочем, у пилотов И-16 чаще всего просто не имелось выбора – истребители противника навязывали бой сами. Прикрывая И-15, «моски» подловили Bf. 109 над Лас-Розас. Со своей стороны республиканцы потеряли И-16 лейтенанта Сабино Кортизо. Кортизо добрался до земли на парашюте. На следующий день бомбардировщики Не-111Е нанесла неожиданный удар по аэродромам базирования И-16 – Реусу. Валлсу и Вендреллу. В результате налета был уничтожен И-16 с бортовым номером «СМ-177» из 4-й эскадрильи, несколько И-16 получили повреждения.
И-16 с бортовым кодом «I- W-1» в ремонтных мастерских.
8 ноября самолеты 3-й и 4-й эскадрилий снова летали на сопровождение И-15. и снова дрались с Фиатами и мессершмиттами. Был сбит один И-16 из 7-й эскадрильи. Вечером бомбардировщики Не-111Е повторили налет на аэродромы базирования истребителей И-16. Две «моски» потеряла на земле 3-я эскадрилья. 12 ноября республиканцы начали отвод своих войск с правого берега реки Эбро. Налеты бомбардировщиков франкистов на переправу через Эбро отражали истребители 3-й и 4-й эскадрилий. Летчики 4-й эскадрилий сбили Фиат, однако и Амалио Укар Артече разбил И-16 при вынужденной посадке. 18 ноября в учебном бою с Ангелом Санзом не справился с управлением «моски» Доминго Аррес Серрано – самолет вертикально воткнулся в землю вместе с пилотом.
Неделей позже. 24 числа, в воздушном бою с Фиатами погиб сержант Феликс Монге Хортикуэла. В том же бою был сбит CR.32 капрала Джованни Аккорди из группы «La Cucaracha». итальянец сел на вынужденную на своей территории. 30 ноября, в один из последних дней сражения при Эбро, «моски» сбили над Валлсом CR.32 У го Биссаньера из группы «La Cucaracha», Биссаньер выпрыгнул с парашютом и попал в плен.
Самолет И-16 истребительного училища в Галлуре, провинция Арагон.
Каталонская кампания. Конец
Несколько дней затишья франкисты использовали для перегруппировки своих войск. Наступление в Каталонии возобновилось 17 декабря, удар наносился в направлении Барселоны.
21 декабря с аэродрома Валле взлетели по тревоге «моски». В воздухе находилась группа бомбардировщиков Не-1 НЕ из К/88. Хейнкели прикрывало большое количество мессершмиттов из 3J/88. Бомбардировщики без помех освободились от своего груза, а мессершмитты сбили И-16 с бортовым кодом «СМ-251» и тяжело повредили «моску» с бортовым номером «СМ-170». Кроме того, буквально изрешеченным оказался И-16 с бортовым номером «СМ-165», летчик сержант Альфредо Фернандес-Виллалон был ранен в ногу и сломал несколько ребер. На следующий день в короткой схватке «моски» сбили CR.32 с бортовым номером «3-103»Рафаэля Мендпзабеля Амезаги из 4-Е-З. летчик погиб. 24 декабря летчики И-16 сбили над Кастельдансом очередной Фиат, на сей раз их жертвой стал сержант Джузеппе Марин из 25-й эскадрильи группы «La Cucaracha», пилот погиб. 26 декабря пришел черед командира «Кукарачи» подполковника Дуччио Тессари, который не смог дотянуть поврежденный в бою Фиат до линии фронта. 28 декабря звено И-16 из 3-й эскадрильи в составе Франсиско Тарразоны, Хозе Бальсы и Мануэля Монтнллы атаковало над Кастельданой группу бомбардировщиков SM.79 и истребителей CR.32. Был сбит один Фиат, летчик сержант Альдо Гаспериии погиб. Двумя днями позже самолеты 3-й эскадрильи сопровождали И-15 и, как обычно, вступили в бой с Фиатами и мессершмиттами. Анхел Санц закрутил сумашедшую карусель с Фиатом, который пилотировал сержант Уго Заннер из 24-й эскадрильи группы «La Cucaracha». Республиканец оказался более удачлив – самолет Заннера упал недалеко от Фраги, летчик погиб.
4 января 1939 г. 4-я эскадрилья атаковала группу бомбардировщиков Не- 111Е. Хейнкель был сбит, но свою смерть нашел и пилот И-16 сержант Джиллермо Фернандес Альдапе. На следующий день «моски» 4-й эскадрильи дрались с Bf. 109D. Повреждения получил И-16 сержанта Франсиско Белингуэра Лладера, однако летчик дотянул машину до аэродрома Всндрелл.
4-я эскадрилья перебазировалась в Реус с задачей прикрывать высадку в Барселоне подкреплений, прибывающих в Центральную зону. На следующей день особой активности авиации не отмечалось, но И-16 с бортовым номером «СМ-222» Сабнно Кортизо из 4-й эскадрильи был сбит мессершмиттами над морем недалеко от Барселоны. Ближе к вечеру пара Лопес де Санта-Мария и Лучано Табернеро Герреро атаковали группу Не-111Е и Bf. 109D. Испанцы сбили один мессершмитт. 25 января в воздух с аэродрома Ла-Гаррига поднялись последние пригодные к полетам И-16. Истребителям предстояло сопровождать И-15, конечно же они были перехвачены самолетами противника – Фиатами из «La Cucaracha». Республиканцы сбили два CR.32 – сержанта Луиджи Катены и капрала Марино Маси. Истребитель Маси стал последним CR.32. сбитым в воздушном бою гражданской войны в Испании.
Франкисты вошли в Барселону 26 января, не встретив сопротивления. Продвижение больше напоминало военный парад – республиканцы были полностью деморализованы. В тот же день столкнулся с деревом на взлете с аэродрома Ла-Гаррига сержант Лопес де Санта-Мария, летчик получил серьезные ранения, а И-16 с бортовым кодом «СМ-255» был полностью разбит. Некоторые пилоты, чьи семьи находились в восточной части Испании, 1 февраля улетели с аэродрома Ла-Гаррига. На маршруте их перехватили истребители франкистов, сбив двух -16 в районе Паламос, другие сумели добраться до Каталонии.