Серийное производство истребителей И-16 началось в 1934 г., но запланированных объемов выпуска удалось достигнуть лишь в 1935 г. К этому времени появилась возможность поставить на И-16 двигатели М-25, представлявшие собой копию американского мотора воздушного охлаждения Райт «Циклон 3». Выпуск двигателей «Циклон 3» был налажен в Перми на моторостроительном заводе № 19. В 1935 г. завод изготовил порядка 600 двигателей М-25, большинство было собрано из деталей американского производства.

Новый вариант истребителя был запущен в серию в Москве на заводе № 39. Как раз первые пять серийных самолетов и получила знаменитая пилотажная группа. Первый самолет выпущен заводом 25 апреля 1935 г. При взлетной массе в 1432 кг новый вариант истребителя развивал максимальную скорость в 456 км/ч на высоте 3000 м. Конструктивно он был близок третьему прототипу, оснащенному мотором Райт «Циклон F3». однако имел новый капот двигателя, аэродинамическую компенсацию элеронов, полотняную обшивку рулей высоты и руля направления. Самолеты с моторами М-25 известны как «И-16 тип 5». Их серийное производство наладили на заводе № 21 в Нижнем Новгороде. Завод уже полностью переключился на выпуск истребителей И-16. Конструкторский отдел завода самостоятельно разработал ряд изменений в конструкции самолета. К примеру, в 1934 г. в Горьком создали для И-16 новый механизм уборки шасси Испытания механизма уборки шасси на И-16 с заводским номером 42111 дали положительные результаты, после чего механизм внедрили на все другие истребители И-16. включая уже построенные.

Истребитель И-16 тип 10 из 7-й эскадрильи.

И-16 тип 6 с бортовым кодом «СМ-011», снимок сделан после грубой посадки па аэродром Эль-Кармоли.

Параллельно с серийном выпуском самолетов И-16 тип 5 велась работа по усилению вооружения истребителя путем установки пулеметов ШКАС калибра 7.62 мм. Пулемет ШКАС был разработан в 1932 конструкторами-оружейниками Шпитальным и Комарицким, на тот момент ШКАС являлся самым скорострельным оружием в мире (скорострельность 1800 выстрелов/мин). Серийный выпуск пулеметов ШКАС и истребителей И-16 начался одновременно, но «сырое» еще оружие не стали устанавливать на боевые самолеты. По сравнению с авиационным вариантом Максима, пулеметом ПВ-1, ШКАС стоил в пять раз дороже (5000 рублей за пулемет), но зато был вдвое легче и обладал удвоенной скорострельностью. Поначалу крыльевые ШКАСы постоянно заедали. Причем заедали гак часто, что с первых серийных вооруженных ШКАСами истребителей в полках пулеметы просто демонтировали. Причина отказов оказалось в следующем: инженеры, отвечавшие за установку вооружения, неудачно расположили пулеметы в крыле. Со временем от дефекта установки вооружения удалось избавиться.

Изготовленные заводом № 39 в период с 28 августа по 3 ноября 1935 г. истребители поступили на вооружение 107-й эскадрильи брянской бригады. Одновременно с началом поступления в войска скоростных истребителей- монопланов, обладавших высокими для того времени посадочными скоростями. в стране развернулась программа по удлинению взлетно-посадочных полос аэродромов.

Летчик так описывал свои ощущения от полета на И-16: «Летать просто… Самолет чрезвычайно отзывчив на движение ручкой управления, что делает любую ошибку в пилотировании фатальной. Неловким движением ручки можно запросто положить самолет на спину даже на посадке». Чрезвычайная отзывчивость самолета на движения ручкой привела к необходимости замены установленной на ручке механической гашетки спуска пулеметов электроспуском, требующим меньших физических усилий при нажатии.

Строевые летчики, равно как и летчики-испытатели, выражали озабоченность обжатием обшивки верхней плоскости крыла в полете на больших скоростях. Пилоты рекомендовали увеличить количество нервюр в силовом наборе крыла, однако их пожелания учтены не были.

По-прежнему беспокойство вызывали штопорные характеристики. Заключение по штопорным характеристикам испытатели дали в целом благоприятное, однако даже в отчете после описания методики вывода из штопора пришлось отметить: «от летчика требуется высочайшее летное мастерство».

В том же 1935 г. состоялся зарубежный дебют И-16. Истребитель, вместе с самолетами Четверикова ОСГА-101 и Путилова Сталь-3, продемонстрировали на Международной авиационной выставке в Милане. В духе миролюбивой политики Советского Союза истребитель подавался как скоростной спортивно-пилотажный самолет. И-16 окрасили в броские цвета, но появление самолета на публике прошло почти не замеченным, что привело советскую делегацию в смущение. Причина замалчивания советского «спортивно-пилотажного» самолета скорее всего заключалась в банальном неверии Запада в возможности советской авиапромышленности наладить массовый выпуск «малышей». Интересно, что бы сказали организаторы выставки, знай они, что всего лишь через год в небе Испании именно эти советские самолетики будут висеть на хвостах истребителей итальянского производства?

Центроплан и средняя часть фюзеляжа истребителя И-16. Снимок сделан в авиаремонтных мастерских в Испании.

Силовой набор крыла И-16.

Летчик-интернационалист француз Виллем Лабассёр в кабине истребителя И-16 тип 6, лето 1937 г.

Боевое крещение истребителя И-16 пришлось на период Гражданской войны в Испании 1936-1939 г.г. Первые самолеты данного типа доставили из Советского Союза на Пиренеи в октябре 1936 г. Вместе с партией из 31 истребителя И-16 тип 5 прибыли летчики 1-й бригады из Брянска. Тремя эскадрильями командовал капитан Тархов.

Уже первое появление 9 ноября 1936 г. истребителей И-16 в небе Мадрида радикально изменило характер воздушной войны. Фактически И-16 стал первым в мире истребителем, способным перевести воздушный бой в вертикальную плоскость, уйти от «карусели» на виражах. Главными противниками истребителей советской конструкции являлись итальянские Фиат CR-32 и германские Хейнкель He-51. Летчики этих самолетов быстро осознали угрозу, исходившую от И-16. и старались принимать с ними в бой, только имея на своей стороне численное превосходство. У республиканцев самолеты И-16 получили прозвище «Моска» (мошка), сторонники Франко прозвали самолет «Боинг» (за внешнее сходство с американским истребителем) и «Рата» (крыса».