Еще на первых двух экземплярах Поликарпов, предвидя сложности со штопором, предусмотрел установку интерцепторов. Интерцепторы, связанные с управлением, должны были по его замыслу облегчить выход из штопора. Установлены они были в районе первого лонжерона отъемных частей крыла и представляли собой пластинки, выдвигаемые из специальных щелей. Однако, судя по документам летных испытаний, опробованы они не были. Теперь, в третьем опытном экземпляре, интерцепторы отсутствовали.
The third TsKB-12 prototype.
The third production machine at production plant №39.1934.
7 сентября 1934 года самолет перегнали в Щелково, на подмосковный аэродром НИИ ВВС для прохождения Государственных испытаний, которые продолжались до 12 октября. На этот раз заключение по И-16 было категоричным и более жестким.
Признавая, что по причине недоведенности отдельных элементов конструкции самолет испытаний не выдержал, Алкснис требовал отладки вооружения и заключал, что до надежной его работы, И-16 «не может считаться военной истребительной машиной». Хотя этот экземпляр развивал на высоте трех километров максимальную скорость 437 км/час, военные, которых совсем недавно устраивало трехсоткилометровое достижение, теперь вошли во вкус и требовали еще более высоких показателей. Они предлагали установить на И-16 новый отечественный мотор М-58 уменьшенного диаметра и добиться максимальной скорости 470 км/час. Вариант этот, кстати, был осуществлен, но развития не получил.
Серийное производство истребителя разворачивалось тем временем на заводах №39 в Москве и №21 в Нижнем Новгороде. Головной московский авиазавод получил на 1934 план изготовления 50 самолетов. Здесь самолет дорабатывался, здесь же готовилась техническая документация. В период с января по апрель 1934 года отсюда в Нижний Новгород были отправлены все чертежи для серийной постройки. Хотя там уже заканчивали изготовление истребителя И-5. производственные мощности вовсе не были свободны. Практически до середины лета, 21-й завод возился с внедрением в серию (по ранее принятым решениям) самолетов ХАИ-1 и И-14. Только 17 июля здесь приступили наконец к работе по И-16. До конца года завод должен был изготовить 250 таких истребителей. Естественно, что этим фантастическим планам сбыться суждено не было — до конца года заводчанам вообще не удалось сдать ни одной серийной машины.
И-16 стал на заводе №21 четвертым типом выпускаемой продукции после И-5, ХАИ-1. И-14. Первые самолеты, оснащенные двигателями М-22 получили таким образом обозначение — тип 4. Эти машины выпускались заводом в течении всего 1935 года. В общей сложности, вместе с выпущенными однотипными И-16 на московском авиазаводе, суммарное количество истребителей, оснащенных М-22, составило 400 экземпляров.
Тип 4 не применялся в «командировках» — Испании и Китае — однако оставался в небольших количествах в строевых частях и летных школах к моменту нападения Германии на Советский Союз. Вполне возможно поэтому, что отдельные экземпляры И-16 тип 4 принимали участие в боевых действиях летом 1941 года.
И-16, выпускаемые авиазаводом №39. имели обозначение в соответствии с порядковым номером ЦКБ. В течении 1934 года здесь выпустили 50 самолетов И-16. имеющих серийные номера с №123901 по №123950 (что означало - ЦКБ-12 выпуска завода №39 номер такой-то). В 1935-36 годах московский завод выпустил еще 8 машин (по четыре экземпляра ежегодно), закончив на №123958. Конечно все эти И-16 вовсе не являлись дублированием опытной машины М-22. Более того, в это количество входили и опытные самолеты, которые разрабатывались в бригаде Поликарпова. Вошла сюда и специальная пятерка И-16. предназначенная для группового пилотирования.