Уже к лету 1933 года самолет, получивший рабочее обозначение ЦКБ-12, обретает реальные черты. Низкоплан с веретенообразным фюзеляжем, закрытым фонарем кабины и убираемым шасси был представлен в двух вариантах капотирования двигателя: с кольцом Тауненда и капотом NACA Аэродинамические продувки показали преимущества второго варианта - на нем и остановились. В качестве силовой установки конструктор считал наиболее приемлемыми американские двигатели "Циклон" фирмы "Райт". Появившиеся в 1925 году, "Циклоны" непрерывно совершенствовались и к 1933 году являлись одним из наиболее перспективных двигателей мира. Тем более, что райтовские моторы серии "Уайрлвинд" уже были закуплены Советским Союзом и весьма успешно эксплуатировались на пассажирских самолетах АНТ-9. Велись переговоры и о закупке "Циклонов", однако получить их для инициативного проекта, каковым являлся И-16, было весьма проблематично. В этих условиях, Алкснис предлагает Поликарпову ориентироваться на уже имеющийся двигатель М-22, который хотя и был слабоват, однако вполне обеспечивал по расчетам требуемую скорость - 300 км/час на высоте пять километров.

С июня 1933 года разработка ЦКБ-12 ведется полным ходом. Военные внимательно следят за созданием самолета - осмотр деревянного макета ЦКБ-12 в ноябре окончательно убеждает их в правильности выбора. Делается вывод, что проектируемый истребитель полностью соответствует предъявленным к нему требованиям - особенно по части максимальной скорости. Уже 22 ноября 1933 года Совет Труда и Обороны СССР (СТО) принимает решение о запуске И-16 в серийное производство.

Тем временем, конструктор самолета добивается получения одного двигателя "Райт-Циклон" Ф-2 (невысотный вариант) и принимает решение строить второй опытный экземпляр ЦКБ-12 с этим двигателем. К концу 1933 года оба варианта были готовы. Внешне самолеты не имели отличий - оба лобастые толстячки с капотами NACA. На ЦКБ-12 с американским двигателем стоял однако трехлопастный воздушный винт "Гамильтон Стандарт". Так как русская зима была в разгаре, машины были установлены на неубираемые лыжи. Хотя это "аэродинамическое безобразие" и не позволяло постичь все достоинства ЦКБ-12, однако давало возможность начать испытательные полеты незамедлительно.

30 декабря 1933 года летчик-испытатель авиазавода No.39 Валерий Чкалов впервые поднял в воздух ЦКБ-12 с двигателем М-22. После новогодних праздников состоялся дебют и второй машины. Чкалов считал новый самолет сложным в пилотировании, управлять им было трудно и непривычно. Весь январь шла доводка самолетов, в этот период были проведены основные заводские испытания. Уже в феврале 1934 года обе опытные машины были подготовлены для первого этапа Государственных испытаний.

Целью их было получение основных летных характеристик и окончательное решение о запуске в серийное производство. На самолете с двигателем М-22 16 февраля начал летать летчик-испытатель Коккинаки, машину с "Райт-Циклоном" в тот же день опробовал другой испытатель НИИ - Степанчонок. Летали на лыжах. Погода в том феврале не баловала испытателей - постоянная низкая облачность, полеты по этой причине частенько откладывались. Но все-таки основные выводы были сделаны, и 25-27 февраля машины сдали на завод для устранения недостатков и подготовки к более тщательным испытаниям на колесном шасси. Что же выяснилось по самолетам, налетавшим несколько часов? Оба И-16 с М-22 и с "Райт-Циклоном" были аналогичны в пилотировании, легко переходили с фигуры на фигуру, но не допускали резких движений ручкой управления. Особенно осторожным приходилось быть при посадке, самолет не допускал высокого выравнивания. В то же время пилоты отметили, что И-16 на взлете и посадке более устойчив, чем истребитель И-14. И на виражах он был не столь строгим по сравнению со своим конкурентом. Из двух опытных И-16, машина с двигателем М-22 внушала большее доверие ("Райт-Циклон" вызывал на втором экземпляре нежелательные вибрации), поэтому на ней "подлетнули" в эти первые дни испытаний пилоты Юмашев и Чернавский. Общее мнение всех летчиков о самолете было как о довольно опасном, поэтому выполнение фигур, вплоть до крутых виражей, на нем запрещалось на неопределенное время. Решение о серийном производстве однако оставалось в силе, поэтому в акте утверждения испытаний, начальник ВВС Алкснис приказывал начать подбор особо подготовленных летчиков для нового истребителя. Ибо летные характеристики, а главное скорость, во время десятидневных испытаний были получены весьма неплохие

Недостатков, присущих опытной машине, надо сказать, тоже хватало. Отмечались недоведенная система бензопитания, хлипкий фонарь, слабое крепление прицела, неудобные плечевые привязные ремни. Уже тогда пилоты отметили сложность посадки в самолет и требовали устройства специальных стремянок или оборудования подножек. Этот недостаток, отмеченный впоследствии практически всеми летчиками, устранен, как известно, не был - слишком уж главный конструктор самолета боролся за чистоту аэродинамических форм. Несколько лет спустя, когда у советских специалистов оказался в руках японский трофейный истребитель И-97, тоже не имеющий подножки, они обнаружили в кабине привязанную веревку с кольцом. Проблема посадки в самолет, очевидно, была общей, ибо инженеры сразу догадались, что японский пилот по-своему решил ее (веревка свисала наружу, при посадке пилот вдевал в это импровизированное стремя ногу и в кабину карабкался как кавалерист на коня). Было даже предложено оснастить таким устройством советские самолеты.

После устранения основных недостатков и установки убираемого шасси оба И-16 было решено отправить для дальнейших испытаний в края более теплые, чем заснеженное Ходынское поле в центре Москвы. Теплыми краями была знаменитая Кача - аэродром летной школы военных летчиков No.1 под Севастополем. Однако, прежде, чем самолеты погрузили на железнодорожные платформы, произошло событие, которое в значительной степени растопило лед недоверия к поликарповскому истребителю. Дело касалось штопора, вокруг которого накалялись страсти. И-14, который являлся все-таки в значительной степени детищем ЦАГИ из штопора выходил со значительным запаздыванием - сказывалось "затенение" руля поворота горизонтальным оперением. А уж "гадкому утенку" И-16 и к тому же конкуренту, специалисты ЦАГИ вообще предрекали неминуемую погибель в этой фигуре высшего пилотажа. Аэродинамик Журавченко, опираясь на результаты аэродинамических продувок, считал, что этот короткохвостый самолет характер штопора будет иметь плоский и даже предлагал поднять вверх стабилизатор, подобно тому, как это было сделано на И-14. На совещаниях 17 января и 21 февраля 1934 года ни один из инженеров или летчиков не смог сказать ничего внятного по этому вопросу. Было ясно, что продувки продувками, но главным судьей будет летный эксперимент. Так как И-16 с "Райт-Циклоном" было жалко, рисковать решили машиной с М-22. В течение двух дней 1 и 2 марта 1934 года испытатель Валерий Чкалов произвел 75 срывов на штопор, которые показали следующее.

При потере скорости и нейтральном управлении И-16 в штопор не входил: свалившись на крыло и сделав полвитка, самолет снова выходил в прямолинейный полет. В случае принудительного ввода (ручка на себя и "дача" педали) И-16 входил в штопор с устойчивым характером вращения. Вывод без проблем осуществлялся при нейтральной установке рулей. Тенденций к плоскому штопору отмечено не было.

Испытания, проведенные Чкаловым 1-го и 2-го марта, результаты для судьбы самолета имели весьма значительные. С этого момента практически уже ничто не могло остановить запуск И -16 в серийное производство. Удачное разрешение мучительного и сложного вопроса придало сил создателям самолета, придало оно уверенности в правоте решения и руководителям промышленности. Никто из них не мог тогда предположить, что начинают многолетнюю борьбу за самолет, борьбу с его многочисленными "болезнями" и "капризами".

22 марта 1934 гола начались эксплуатационные испытания на Каче. Машина с М-22 (ведущий Коккинаки) летала с убранным шасси с целью получения полных скоростных характеристик. Результаты были превосходные! У земли максимальная скорость составила 359 км/час, на требуемых пяти километрах - 325 км/час. Но система уборки шасси, однако, никуда не годилась.

Механизм подъема был весьма ненадежным, часто заедал и отказывал. Подъем шасси вызывал большие затруднения даже для такого физически сильного летчика как Чкалов. Поэтому на втором экземпляре (ведущий летчик Чернавский) с "Райт-Циклоном", шасси на испытаниях даже не убирали. Впрочем, этому аппарату все равно не повезло, 14 апреля, на последней стадии пробега, когда уже можно было сказать, что полет закончился, разрушился узел крепления правой стойки шасси, и самолет лег на брюхо. На этом "качинские" испытания второго экземпляра И-16 закончились.

Через неделю закончили "мучить" и машину с М-22. Если аварийный самолет упаковали в ящик и отправили для ремонта на завод поездом, то И-16 с М-22 решили отправить по воздуху. 25 апреля на нем улетел в Москву Чкалов. 1 мая 1934 года этот самолет в компании с бипланом И-15 и туполевским И-14 впервые пролетел над Красной площадью.

Все лето в ЦКБ и на заводе возились с шасси. Новая машина с двигателем "Райт-Циклон" Ф-3 имела в этой части значительные переделки. Основным же ее отличием был капот двигателя тоннельного типа, близкий к так называемому капоту "Уоттера". На воздушный винт установили обтекатель, усилили крыло - именно с этого экземпляра носовая часть была зашита дюралюминиевым листом по первый лонжерон.

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.

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 No.39 в Москве и No.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 No.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 No.39, имели обозначение в соответствии с порядковым номером ЦКБ. В течении 1934 года здесь выпустили 50 самолетов И-16, имеющих серийные номера с No.123901 по No.123950 (что означало - ЦКБ-12 выпуска завода No.39 номер такой-то). В 1935-36 годах московский завод выпустил еще 8 машин (по четыре экземпляра ежегодно), закончив на No.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.

Модификация	И-16 тип 4
Размах крыла, м	9.00
Длина, м	5.86
Высота, м	3.25
Площадь крыла, м2	14.54
Масса, кг
пустого	1080
взлетная	1354
Тип двигателя	1 ПД М-22
Мощность, л.с.	1 х 480
Максимальная скорость , км/ч
у земли	362
на высоте	346
Практическая дальность, км	680
Cкороподъемность, м/мин	682
Практический потолок, м	7440
Экипаж	1
Вооружение:	два 7.62-мм пулемета ШКАС