В том же году появился И-16 тип 24. Самолет имел мотор М-63 взлетной мощностью 1100 л.с. (номинальная — 930 л. с). На нем усилили конструкцию крыла, предусмотрели установку радиостанции РСИ-3, фотокинопулемета, подвесных баков. Максимальная скорость на высоте 4800 м достигла 489 км/ч. Нормальный взлетный вес составил 1780 кг, максимальный- 2052 кг. Типы 18 и 24 имели пушечные модификации, которые получили обозначения тип 27 и 28 (аналогично типам 10 и 17).
В 1940 г. выпущена последняя серийная модификация И-16 тип 29 с мотором М-63 и винтом АВ-1. В отличие от типа 24 его маслорадиатор установили снизу капота с правой стороны между 4 и 5 цилиндрами. Шасси укоротили на 32 мм, что позволило разместить под двигателем пулемет БС (12,7 мм) в дополнение к синхронным ШКАСам. Вооружение в крыле было снято. Под плоскостями так же, как и на некоторых сериях типа 24, предусматривалась установка шести реактивных снарядов РС-82. Расчетная скорость на высоте 4500 м равнялась 510 км/ч, но фактически она была близка к типу 24. Нормальный взлетный вес составлял 1900 кг, максимальный — 2140 кг.
Первое боевое крещение И-16 получил в 1936 г. в небе Испании. Всего туда было отправлено 455 истребителей типов 5 и 10, УТИ-4. Кроме того, на республиканских заводах до 1 января 1939 г. выпустили 7 И-16 и 2 УТИ-4.
В воздушных боях И-16 имел полное превосходство над истребителями путчистов “Хейнкель-51” и "Фиат CR-32". Один из летчиков легиона "Кондор" вспоминал: "Мы вдруг поняли всю серьезность положения. Наши старые “Хейнкели-51” были слишком медлительны по сравнению с этими новыми "крысами".(4) Это казалось невероятным, но они поднимались выше нас и могли игоать с нами как им захочется"
В феврале 1937 г. в Испании появились первые серийные "Мессершмитты" Bf-109В-1, а несколько позднее — Bf-109В-2 и Bf-109С. Схватки с ними показали, что при почти равном вооружении эти самолеты не превосходят И-16 в скорости, уступают ему в скороподъемности, но имеют преимущество на виражах. Bf-109 выполняли установившийся вираж при отклоненных закрылках на скорости 170–180 км/ч, а И-16 — на 220–240 км/ч, и радиус виража у него получался больше. В целом по сумме боевых качеств эти машины были близки. Но весной 1938 г. началось производство Bf-109D-1, а в начале 1939 г. — Bf-109E-1, оснащенных значительно более мощными двигателями и вооруженных, кроме пулеметов, одной — двумя 20 мм пушками. Скорость этих машин доходила до 540 км/ч, и бороться с ними на И-16 стало очень трудно.
