Учитывая первоначальную боязнь штопора крылья первых двух прототипов оборудовали предкрылками. Имеющиеся в распоряжении исследователей документы говорят о том, что на третьем прототипе предкрылки отсутствовали.

7 сентября 1934 г. новый самолет перевезли на аэродром Щелково, где находился НИИ ВВС. Государственные испытания продолжались до 12 октября. Заключение по результатам испытания оказалось более категоричным и менее приятным.

Отмечалось неудовлетворительное изготовление ряда узлов самолета.

Алкснис потребовал установить на самолет вооружение, поскольку без пулеметов И-16, естественно, не мог считаться истребителем. Полученная на высоте 3000 м максимальная скорость в 437 км/ч уже не устраивала хотевших большего военных. Установка разработанного в Советском Союзе двигателя М-58 с меньшим, чем у «Циклона», миделем могла обеспечить самолету получение максимальной скорости 470 км/ч в горизонтальном полете у земли. Вариант И-16 с мотором М-58 так и не был построен.

В это время начался серийный выпуск истребителей И-16 на Государственных авиационных заводах № 39 в Москве и № 21 в Горьком. Первый был назначен головным, здесь предстояло изготовить установочную партию из 50 самолетов. В январе-апреле 1934 г. вся конструкционно-технологическая документация по истребителю была отправлена в Горький. Несмотря на то, что серийный выпуск истребителей И-5 в Горьком близился к завершению, завод № 21 затягивал выпуск И-16. Зато велась подготовка к серийному производству самолетов ХАИ-1 и И-14, заказанных ранее. Работы по подготовке серии И-16 на заводе № 21 начались не ранее 17 июля. Плановым заданием до конца года в Горьком предстояло изготовить 250 истребителей И-16. Данный фантастический план конечно же не был реализован, до 31 декабря завод не сдал ни одного И-16.