И все-таки в целом И-16 заслужил положительную оценку. Большим достоинством планера истребителя стала простота ремонта. Средний процент ежемесячных потерь составлял 35,4 %, из них 18 % — потери безвозвратные, а 16,4 % подлежали ремонту в полевых мастерских. Средний срок «жизни» в боевых условиях одного истребителя И-16 составил 87 дней. Настоящим сюрпризом для конструкторов стала стойкость к атмосферному воздействию конструкции из дерева и полотна. В жарком и сухом испанском климате такие конструкции сохранялись гораздо лучше, чем в суровых условиях России.

Главным недостатком И-16 стало сравнительно слабое вооружение самолета. Его основной противник, итальянский Фиат CR-32, имел гораздо более сильное вооружение, позволявшее пилотам республиканцев частично компенсировать более низкие летные характеристики своего биплана. Двух 7,62-мм ШКАСов было явно недостаточно. Группа инженеров завода № 21 под руководством Боровкова всего за одну ночь изыскала возможность установки на И-16 третьего, синхронного, пулемета ШКАС в нижней части фюзеляжа. «Трехпулеметных» И-16 изготовили незначительное количество. Даже если некоторые из них и попали в Испанию, на ход воздушных боев они не оказали никакого влияния.

Позже появилась новая модификация И-16. вооруженная помимо крыльевых двумя синхронными пулеметами, установленными над двигателем.

«Четырехточечный» вариант получил обозначение «И-16 тип 10», в Испании он был известен как «Супер моска». Истребители отправлялись в Испанию непосредственно с заводов раньше, чем были официально приняты на вооружение ВВС РККА. Госиспытания в НИИ ВВС истребитель И-16 с более мощным двигателем М-25, посадочными щитками и убираемым лыжным шасси прошел только в феврале 1939 г.