Эксплуатационные испытания начались 22 марта 1934 г. в Каче. Значения максимальной скорости, полученные в полетах с убранным шасси летчиком-испытателем Коккинаки на И-16 с М-22, для того времени оказались экстраординарными: 359 км/ч у земли и 325 км/ч на высоте 5000 м! В то же время механизм уборки шасси работал ненадежно, кроме того уборка шасси требовала от летчика недюжинных физических усилий, даже если в кабине сидел такой богатырь как Чкалов. Проблемы с уборкой шасси привели к тому, что летавшему на И-16 с Райт «Циклоном» Чернавскому на первых порах запретили убирать шасси; стойки были зафиксированы в выпущенном положении. Впрочем, это не все равно не уберегло самолет от аварии. На посадке 14 апреля подломилась правая стойка основной опоры шасси. Испытания второго прототипа в Каче таким, не самым лучшим, образом завершились. Через неделю самолет разобрали и отправили по железной дороги в Москву на ремонт. Первый прототип 25 апреля вернулся в Москву «своим ходом», его перегнал из Качи Чкалов. На первомайском параде самолет И-16 в кампании с И-15 н И-14 был показан в полете над Красной площадью.
Все лето специалисты завода и ЦКБ работали над улучшением конструкции шасси. На новый прототип поставили мотор «Циколон F3», доработали механизм уборки шасси, но, самое главное, был установлен новый капот двигателя типа «Уоттер». Втулку воздушного винта закрыли коком, был увеличен размах крыла. Начиная с этой машины, обшивку плоскостей крыла всех последующих И-16 станут делать из дюраля.
Учитывая первоначальную боязнь штопора крылья первых двух прототипов оборудовали предкрылками. Имеющиеся в распоряжении исследователей документы говорят о том. что на третьем прототипе предкрылки отсутствовали.
Первый протопит ЦКБ-12, февраль 1934 г.
И-16 тип 5 с двигателем Райт «Циклоп» F-54, снимок сделан на заводе № 39.
7 сентября 1934 г. новый самолет перевезли на аэродром Щелково, где находился НИИ ВВС. Государственные испытания продолжались до 12 октября. Заключение по результатам испытания оказалось более категоричным и менее приятным.
Отмечалось неудовлетворительное изготовление ряда узлов самолета.
Алкснис потребовал установить на самолет вооружение, поскольку без пулеметов И-16, естественно, не мог считаться истребителем. Полученная на высоте 3000 м максимальная скорость в 437 км/ч уже не устраивала хотевших большего военных. Установка разработанного в Советском Союзе двигателя М-58 с меньшим, чем у «Циклона», миделем могла обеспечить самолету получение максимальной скорости 470 км/ч в горизонтальном полете у земли. Вариант И-16 с мотором М-58 так и не был построен.
В это время начался серийный выпуск истребителей И-16 на Государственных авиационных заводах № 39 в Москве и № 21 в Горьком. Первый был назначен головным, здесь предстояло изготовить установочную партию из 50 самолетов. В январе-апреле 1934 г. вся конструкционно-технологическая документация по истребителю была отправлена в Горький. Несмотря на то, что серийный выпуск истребителей И-5 в Горьком близился к завершению, завод № 21 затягивал выпуск И-16. Зато велась подготовка к серийному производству самолетов ХАИ-1 и И-14, заказанных ранее. Работы по подготовке серии И-16 на заводе №21 начались не ранее 17 июля. Плановым заданием до конца года в Горьком предстояло изготовить 250 истребителей И-16. Данный фантастический план конечно же не был реализован, до 31 декабря завод не сдал ни одного И-16.
Истребителю И-16 предстояло вслед за И-5, ХАИ-1 и И-14 стать четвертым типом самолета, освоенным на заводе № 21. Первая модификации ставшего впоследствии знаменитым истребителя оснащалась мотором М- 22 и получила обозначение «И-16 тип 4». Выпуск И-16 тип 4 продолжался весь 1935 г. С учетом производства завода № 39 было изготовлено порядка 400 И-16 тип 4. Эти самолеты не экспортировались за пределы Советского Союза и не принимали участия в воздушных боях над Испанией или Китаем, однако в 1941 г. тип 4 все еще имелся на вооружении учебных авиационных полков ВВС РККА и даже сражались с самолетами люфтваффе.
Истребитель И-16 с двигателем М-22.
Конструктор Николай Николаевич Поликарпов.
Вид спереди на истребитель И-16 тип 5. Обратите внимание на отсутствие воздухозаборника маслорадиатора.
Довольно точно можно установить количество истребителей И-16 тип 4 производства завода № 39. По данным ЦКБ в 1934 г. в Москве изготовили пятьдесят самолетов с заводскими номерами от 123901 по 123950 («12» – ЦКБ-12, «39» – завод № 39, «1-50» – номер самолета). Еще по четыре И-16 тип 4 завод № 39 построил в 1935 и 1936 г.г., последний имел заводской номер 123958. Ни в коем случае нельзя считать все эти самолеты копиями прототипа с мотором М-22. В их числе было несколько экспериментальных машин, в том числе пять истребителей, изготовленных специально для пилотажной группы. «Красной пятерки».
По мере расширения объема летных испытаний, с началом серийного производства информация о новом самолете распространялась но все большему кругу людей. Персональный интерес к И-16 проявил Хозяин, Иосиф Сталин. В один из ноябрьских дней 1934 г. на Ходынское поле въехала колонна лимузинов. На аэродром прибыли Сталин, Орджоникидзе, Каганович. Микоян и прочие боссы партии и правительства калибром помельче. Вождь пожелал увидеть новейший истребитель в воздухе. Валерий Чкалов поразил присутствующих каскадом фигур высшего пилотажа. Эпизод с приездом Сталина на Ходынку стал хрестоматийным, не раз и не два его (эпизод) эксплуатировали киношники, писатели. журналисты. В полете у Чкалова заклинил механизм выпуска шасси. Летчик заставил опоры встать на замки серий маневров с большими перегрузками. После успешной посадки Сталин попросил подвести к нему летчика. Прямо у крыла И-16 состоялась беседа вождя не только с Чкаловым, но и другими пилотами, летавшими на И-16. с представителями ВВС. КБ и заводов. К этому времени на И-16 уже слегали примерно 20 пилотов, частью эти полеты носили официальный характер. частью – давали полетать «но дружбе».
Внимательно выслушав всех, вождь задал вопрос: «Вам необходим этот самолет?» Ответ был единогласным: «Абсолютно необходим, товарищ Сталин!» Тогда же приняли решение о постройки пяти облегченных И-16 и организации пилотажной группы, призванной демонстрировать высокие летные качества нового самолета. В марте 1935 г. пять облегченных истребителей с моторами Райт «Циклон» покинули заводской цех. Отобранные из НИИ ВВС летчики приступили к отработке группового пилотажа. Сначала они тренировались в полетах на И- 5. причем крылья машин были связаны друг с другом стальными тросами. Такие полеты требовали особой внимательности и высочайшего летного мастерства. Единственная ошибка могла привести к гибели всех летчиков. И такая ошибка произошла. На посадке ведущий группы Василий Степанчонок. чтобы не столкнуться с рулившим ио аэродрому разведчиком Р-5, резко взял ручку на себя. Один из ведомых, Степан Супрун, повторить маневр командира не успел. Самолет Супруна упал на аэродром, после чего загорелся. Из охваченного огнем истребителя Супруна вытащили механики.
После едва не окончившегося трагедией летного происшествия связывать самолеты тросами перестали, но тренировочные полеты в тесном строю не прекратились. В то время многие летчики желали попробовать свои силы в групповом пилотаже, но очень немногие добивались успеха. Слишком специфичной являлось пилотирования истребителя в плотном строю, требовалось на уровне подсознания понимать ведущего группы.