Особый интерес Валерий проявлял к будущему истребителю И-16: очень короткий тупоносый фюзеляж, прочное убирающееся шасси, плавные обтекаемые формы всего самолета, прочные лонжероны и обшивка крыльев и фюзеляжа, мотор воздушного охлаждения - "однорядная звезда" - и отличное вооружение создавали впечатление стремительности и мощи.
Приближался конец года. Все сотрудники ЦКБ работали не покладая рук. Надо было выполнить правительственное задание в срок. Накануне Нового года, 31 декабря 1933 года, Валерий Чкалов произвел на И-16 пробежку по аэродрому, а затем первый взлет и посадку. Первый и чрезвычайно ответственный полет Валерий выполнил хладнокровно и с большим мастерством. Самолет был устойчив в полете, хорошо слушался рулей. Сотрудники ЦКБ страшно волновались за свое детище и после его посадки кричали "ура!" и качали летчика. А Николай Николаевич крепко обнял Чкалова и расцеловал.
В следующем году производились дальнейшие испытания И-16 в воздухе. Первый образец самолета весил всего 1354 килограмма. При замере скорости он показал 454 километра в час - на сотню километров больше, чем имели в ту пору зарубежные истребители. Это за счет убирающегося шасси и хорошей обтекаемости. Самолет И-16 Поликарпова стал замечательной победой отечественного самолетостроения. В этой победе был весомый вклад и летчика-испытателя Валерия Чкалова.
В процессе испытаний самолет подвергался доводке, улучшалась его конструкция и летные качества. Надо было подготовить его к суровым испытаниям у военных в НИИ ВВС. Много раз поднимался в воздух Валерий на И-16. Если не все было ладно в полете, Валерий шел к "папане". Так называли Поликарпова его сотрудники. Чкалов высоко ценил боевые качества И-16: летчик спереди был надежно защищен мотором от пуль противника, а сзади - бронеспинкой; самолет обещал быть весьма живучим, что вскоре (в 1936 году) было подтверждено в боевой обстановке. Но вот со штопором не ладилось. Из-за малой площади его рулей и вертикального оперения в ЦАГИ даже было сделано отрицательное заключение. Чкалов это воспринял болезненно.
- Развели разговоры! - ворчал он. - Я на И-16 делаю плоский штопор и вывожу из него машину, действуя рулем высоты. Короче говоря, вывожу ее из плоского штопора на нос. Чего же еще надо?
Вскоре заключение ЦАГИ было изменено. Так Валерий спасал свой И-16.
Но в испытательных полетах случались и другие отказы. Однажды при посадке вышла только одна нога шасси. Другая застопорилась в полувыпущенном состоянии. Валерий набрал высоту и начал выполнять фигуры пилотажа, вызывающие большую перегрузку. Резко выводил из пикирования, так что даже у самого темнело в глазах. После многих эволюций нога все-таки вышла. Опытная машина была спасена...
- Можно было бы выброситься с парашютом, - говорил Чкалов. - Но неуправляемая машина наверняка была бы разбита до основания и тогда никто не смог бы докопаться, по какой причине случился "отказ". А причину эту чрезвычайно важно знать конструктору.
Самолет И-16 прошел государственные испытания и поступил в серийное производство. Поликарпов продолжал совершенствовать машину. В содружестве с известным конструктором оружия Б. Г. Шпитальным была значительно усилена огневая мощь самолета, решена сложная задача пушечного вооружения истребителя. Коллектив ЦКБ разработал установку двух автоматических пушек калибра 20 миллиметров (ШВАК) и двух пулеметов. В воздухе их испытывал, как и сам самолет, Валерий Чкалов.
Во всех комиссиях и инстанциях Чкалов обоснованно и горячо защищал самолет И-16. Не боялся отстаивать его на совещаниях у самого наркома Серго Орджоникидзе. Когда самолет прошел госиспытания, Валерий с удовольствием подумал: "Год у меня не прошел даром!"
Чкалов все глубже вникал в технику испытания новых самолетов. Его особенно интересовала управляемость самолета во всех видах и режимах полета. Теперь скорость самолета, скороподъемность и высота перестали быть для него частными отвлеченными понятиями. Все это представлялось в едином, накрепко связанном узле взаимозависимости, который, в конечном итоге, решал боевые качества зарождающегося нового самолета. В этой борьбе за качество новой отечественной техники Чкалов-испытатель не раз встречался лицом к лицу с грозной опасностью.
На одном из авиационных заводов был подготовлен новый скоростной самолет. Он предназначался для будущего рекорда скорости. В одном из полетов Чкалову требовалось на нем проверить максимальную скорость у земли. Здесь и случилось непредвиденное. Вот как рассказывает об этом полете сам Чкалов:
"Участок для испытания был выбран вдоль шоссе Горький - Москва. Дорогу было хорошо видно - она у меня под левым крылом. А кругом лес сплошной, тенистый. Погода теплая, ясная.
Снизился до высоты пятьдесят метров и начал разгонять самолет. Подо мной бешено проносятся кроны огромных деревьев - хвойных и лиственных. Стрелка указателя скорости перешла уже за деление "четыреста". На двигателе держу максимальные обороты. Вдруг самолет неестественно завибрировал, и я увидел, как у моего звездообразного мотора начали отлетать в стороны цилиндры и детали капота.
Моментально убрал газ, выключил зажигание. Скорость резко упала. "Что делать? - вихрем проносятся мысли в голове. - Сажать самолет на лес! другого выхода нет".
Проходят считанные секунды. Вершины деревьев совсем близко под самолетом. Рулем высоты стараюсь уменьшить снижение. Скорость доходит до посадочной. Самолет, задев за верхушку дерева, опрокидывается на спину, и я чувствую, что лечу вниз головой. Второй удар пришелся хвостом в очередную верхушку. Самолет снова перевернулся в нормальное положение. Но впереди - густая крона следующего дерева. Что-либо сделать уже поздно. Удар! Последнее, что услышал, - треск и грохот..."
К счастью, ушибы и ранения были незначительными, и Валерий, недели две походив с забинтованной головой, снова вернулся к испытательной работе.
В это-то время его и посетил старый друг по НИИ ВВС летчик Георгий Филиппович Байдуков. Он рассказал ему о возможности грандиозного беспосадочного полета через Северный Ледовитый океан. Затем друзья все чаще и чаще возвращались к этой теме: Валерий "заболел" Арктикой. Перелет можно было произвести на новом самолете конструкции А. Н. Туполева и П. О. Сухого АНТ-25, обладавшем огромной дальностью. Чкалова увлекла идея с помощью авиации добраться до недоступных по тому времени просторов в районе высоких широт и Северного географического полюса. Поэтому Чкалов считал необходимым не только изучить самолет АНТ-25, но и подробно изучить все имеющиеся материалы об Арктике. Он перечитывал дневники и книги отважных исследователей полярного бассейна - русских и иностранных, восторгался беспримерным мужеством и смелостью Амундсена и Седова.
Однако, мечтая о дальних полетах, Чкалов не оставлял испытательную работу в авиационной промышленности. Сотрудничая с Н. Н. Поликарповым в ЦКБ, Валерий продолжал испытания и доводку И-17, а за ним в 1936 году самолета ВИТ-1 - воздушного истребителя танков. Двухмоторный цельнометаллический самолет с убирающимися шасси и моторами жидкостного охлаждения М-103 развивал скорость до 450 километров в час. Он имел мощное вооружение: две пушки Шпитального калибра 37 миллиметров, одну пушку ШВАК - 20 миллиметров и один пулемет ШКАС. Самолет поднимал две бомбы по 500 килограммов на наружной подвеске и имел экипаж всего из двух человек. Это был пикирующий бомбардировщик - новый тип боевого самолета, предназначавшийся для поражения малоразмерных целей, в том числе и танков на поле боя.
Создание самолета ВИТ-1 было очередным достижением Поликарпова. Конструктор по прочности А. А. Тавризов так вспоминает о его первом полете.
"Загородный аэродром. Готовим к первому взлету двухмоторный красавец ВИТ-1 - воздушный истребитель танков с двумя пушками Шпитального...
К самолету подходят Поликарпов и Чкалов. Николай Николаевич что-то взволнованно говорит Валерию Павловичу. Слов мы не слышим, но нетрудно догадаться, о чем они говорят: ведь сейчас он передает летчику кусочек своего сердца!