Вскоре после начала серийного производства биплана И-5 Поликарпову поручили испробовать его в качестве штурмовика. Для этого на истребитель попытались установить бомбодержатель для 50-кг бомбы ФАБ-50, четыре пулемета ШКАС и даже ракетодержатели![ГУ ЦАНО. Ф. 2066. Оп. 6. Д. 81. Л. 5.] Однако общий вес самолета при этом достиг почти полутора тонн, ухудшились скоростные характеристики и маневренность. Сам сброс учебных бомб происходил с отказами и неточно, а вероятность попадания в круг диаметром 25 м составляла не более 5 %. В общем, проект не удался…
4 августа 1935 года Совет труда и обороны СССР постановил переделать в штурмовик неудавшийся двухместный истребитель-биплан Ди-6, так же, как И-16, оснащенный двигателем М-25. Предполагалось, что машина будет вооружена шестью пулеметами ШКАС и бомбами, но при этом все равно сможет летать со скоростью 400 км/ч.
Испытания Ди-6Ш показали, что при полетном весе 2115 кг он развивал максимальную скорость 358 км/ч и поднимался на 5000 м за 17,5 мин. В восьми полетах над полигоном испытывалось стрелковое вооружение, в трех – бомбовое и в двух – химическое. При стрельбе из пулеметов с высоты 10–15 м пятая часть пуль попадала в цель размером 20 × 100 м, имитировавшую как бы «роту солдат на марше». Крыльевые пулеметные батареи работали нормально. Однако стрелять из них с высоты выше 17 м уже было невозможно из-за плохого обзора. Был отмечен и ряд других недостатков. Так, управление штурмовиком, особенно у земли на больших скоростях, было сложным и утомительным, он сильно задирал нос, что не позволяло производить прицельное бомбометание.
Несмотря на это, Ди-6Ш, как и многие другие опытные машины, был рекомендован в серийное производство, которое было полностью провалено Московским авиазаводом № 1. До конца 1936 года там удалось выпустить всего 36 штурмовиков, после чего военные признали Ди-6Ш бесперспективным.
И-16 тоже пытались приспособить под штурмовик, устанавливая на него самое разнообразное вооружение. ЦКБ-12П, получивший обозначение И-16 тип 12, был рекомендован к серийному производству. Однако до массового выпуска дело так и не дошло. В 1937 году было собрано только 10 таких пушечных истребителей, а в следующем еще 12.
Попутно шли работы по увеличению количества пулеметов. В январе 1937 года прошли полигонные испытания И-16 с четырьмя ШКАСами. Последние были установлены аналогично предыдущей версии: два в центроплане и два в консолях. Целью испытаний, кроме определения «тактической пригодности» модификации, было
Тем не менее в отчете говорилось:
Испытывался и вариант И-16 с химическим вооружением. На самолете монтировались два прибора выливных авиационных прибора ВАП-6. Последние предназначались для поражения живой силы, заражения местности и объектов на ней аэрозолями или капельно-жидкими отравляющими веществами. Для снаряжения ВАП использовались различные рецептуры на основе иприта, такие как смесь иприта с люизитом, вязкий иприт, а также дифосген и синильная кислота. Заправка ВАП-6 производилась непосредственно перед вылетом самолета.
И-16 с выливными приборами проходили над условной целью на высоте 25 м. В результате поражалась площадь 1,5 га. При выливании с высоты 100 м площадь поражения увеличивалась до 4,3 га, но значительно падала концентрация отравляющего вещества. Аналогичным образом производилось распыление горючей жидкости. Только вместо отравляющих веществ баки наполнялись гранулированным фосфором с водой или раствором хлорида кальция. Раствор поджигался специальными устройствами, крепившимися под выливными приборами. Впервые ВАП-6 с горючей жидкостью испытали на штурмовиках Р-5. Результаты показали, что разбрызгивание гранулированного фосфора малоэффективно против наземных сооружений, но эффективно против живой силы (испытания проводились на животных). И-16 с ВАП-6 выжигал с высоты 25 м площадь около 1 га[ГУ ЦАНО. Ф. 2066. Оп. 6. Д. 145. Л. 56.].