Истребителю И-16 предстояло вслед за И-5, ХАИ-1 и И-14 стать четвертым типом самолета, освоенным на заводе № 21. Первая модификации ставшего впоследствии знаменитым истребителя оснащалась мотором М-22 и получила обозначение «И-16 тип 4». Выпуск И-16 тип 4 продолжался весь 1935 г. С учетом производства завода № 39 было изготовлено порядка 400 И-16 тип 4. Эти самолеты не экспортировались за пределы Советского Союза и не принимали участия в воздушных боях над Испанией или Китаем, однако в 1941 г. тип 4 все еще имелся на вооружении учебных авиационных полков ВВС РККА и даже сражались с самолетами люфтваффе.

Довольно точно можно установить количество истребителей И-16 тип 4 производства завода № 39. По данным ЦКБ в 1934 г. в Москве изготовили пятьдесят самолетов с заводскими номерами от 123901 по 123950 («12» — ЦКБ-12, «39» — завод № 39, «1-50» — номер самолета). Еще по четыре И-16 тип 4 завод № 39 построил в 1935 и 1936 г.г., последний имел заводской номер 123958. Ни в коем случае нельзя считать все эти самолеты копиями прототипа с мотором М-22. В их числе было несколько экспериментальных машин, в том числе пять истребителей, изготовленных специально для пилотажной группы, «Красной пятерки».

По мере расширения объема летных испытаний, с началом серийного производства информация о новом самолете распространялась по все большему кругу людей. Персональный интерес к И-16 проявил Хозяин, Иосиф Сталин. В один из ноябрьских дней 1934 г. на Ходынское поле въехала колонна лимузинов. На аэродром прибыли Сталин. Орджоникидзе. Каганович, Микоян и прочие боссы партии и правительства калибром помельче. Вождь пожелал увидеть новейший истребитель в воздухе. Валерий Чкалов поразил присутствующих каскадом фигур высшего пилотажа. Эпизод с приездом Сталина на Ходынку стал хрестоматийным, не раз и не два его (эпизод) эксплуатировали киношники, писатели, журналисты. В полете у Чкалова заклинил механизм выпуска шасси.