В августе 1938 года, 4а Escuadrilla Moscas, которой командовал Антонио Ариас (Antonio Arias), была заново перевооружена двенадцатью И-16 тип 10, оснащенных американскими двигателями Wright-Cyclone SGR-1820-F-54 с нагнетателем, ввезенным в страну контрабандой из Соединенных Штатов. Эти двигатели позволяли истребителям эффективно работать на высотах до 8000 метров. В общей сложности, в Испанию было доставлено 24 двигателя Wright- Cyclone SGR-1820-F-54, но только двенадцать было установлено на «Супер Моска», остальные держались в резерве. Такие истребители оборудовались кислородной системой дыхания на большой высоте (кислородными баллонами и кислородной маской для пилота). Эта кислородная система была местного производства. Испытательные полеты показали, что при температуре – 400 С, механизм пулеметов ШКАС замерзал. Главный инженер 4а Escuadrilla Moscas – Лопес (J.A. Lopez) решил эту проблему, пропуская фильтрованный, осушенный воздух через отсеки вооружения. Когда эта эскадрилья в декабре 1938 года была расформирована, И-16 тип 10, оборудованные двигателями Wright-Cyclone, были распределены среди других эскадрилий.
Летом и осенью 1938 года потери республиканской авиации оказались очень высоки. В течение августа, восемь И-16 были потеряны в боях и еще три в авариях. В сентябре, боевые потери составили семнадцать «Моска» и «Супер Моска», два истребителя потеряны в авариях и один И-16 был захвачен националистами.
По крайней мере, один из захваченных И-16 был отправлен в Германию для испытаний. После того как самолет по прибытию на место был заново собран, 20 сентября 1938 года началась программа испытательных полетов. Большинство из них было выполнено летчиком-испытателем Генрихом Боваисом (Heinrich Beauvais) из отдела Е2 Испытательного центра Luftwaffe. Отдел Е2 занимался общей оценкой опытных образцов и серийных самолетов для Luftwaffe, а также оценкой трофейных самолетов. Центром командовал Oberstabsingenieur (главный инженер) Гарри Боттчер (Harry Bottcher).
К началу ноября 1938 года в эскадрильях Fuerza Aereas Rcpublicanas оставалось только пятьдесят три исправных И- 16. К концу ноября, последние советские военные летчики возвратились домой. В январе 1939 года, число пригодных к эксплуатации истребителей уменьшилось до тридцати четырех. К началу февраля их осталось не более двадцати. 3 февраля вышел приказ предписывающий уничтожить все несправные самолеты. Двумя днями позже «Моски» выполнили в Каталонии свой последний боевой вылет.
Ввиду растущего воздушного превосходства националистов, разведывательные полеты над вражеской территорией на самолетах Р-5 «Rasante» и P-Z «Natacha» стали невозможны. Только скоростной самолет- истребитель имел шансы выполнить такое задание. Учитывая это, некоторые из И-16 тип 10 Fuerza Aereas Rcpublicanas были доработаны для выполнения разведывательных полетов. На них устанавливалась фотокамера, которая помещалась иод местом пилота, и делала снимки вертикально вниз. В начале 1939 года большое количество разведывательных полетов выполнил летчик Джакобо Альберти (Jacobo Alberdi), который снимал захваченные националистами гавани Пенискола (Peniscola) и Ванароз (Vinaroz), а также авиабазу Ла Сена (La Cenia), на которой базировался немецкий «Легион Кондор».
31 марта 1939 года. Республика капитулировала. К этому времени несколько И-16 еще воевало в Центральном секторе, и большое количество исправных И-16 тип 10 осталось в «Школе скоростных истребителей» на учебной базе Эль-Кармоли (El Carmoli) под Картахеной (Cartagena). Еще пятнадцать самолетов позже было восстановлено используя части различных «Моска», найденных на заводе Servicio de Aviacion у Fabrication SAF-15 в Аликанте (Alicante). В соответствии с соглашением Jordana-Berard, семь И-16 были возвращены из Франции обратно в Испанию.