В течение 1936 г. произошло несколько аварий самолетов во время выполнения пикирования, что было необходимым условием для штурмовки. Так, 13 февраля летчик-испытатель П. Павлушев взлетел с аэродрома завода № 21 на И-16 с серийным № 52161. Выполнив подъем на высоту 8000 метров, он перешел в пологое пикирование, но затем на высоте 1500–1700 метров самолет потерял управление. Он врезался в землю в трех километрах от аэродрома, и пилот погиб. Вероятной причиной катастрофы было объявлено возгорание бензина и задымление кабины, из-за которого Павлушев потерял сознание.

2 июня летчик Соколов из 34-й ИАЭ совершал полет на И-16 № 52135. Во время выполнения пикирования с высоты 5000 метров он увидел, что у него под сиденьем горит бензин! Пилот мгновенно сориентировался в ситуации, сразу же расстегнул привязные ремни, после чего его выбросило из кабины. Горящий же самолет продолжал пикировать и врезался в землю. Комиссия определила причиной аварии сдвиг бензобака и нарушение его герметизации. Все это являлось следствием крайне низкого уровня качества продукции всех авиазаводов и их поставщиков.

В 1936–1937 гг. состояние советских авиазаводов было весьма напряженным. Так, в приказе по Наркомату авиапромышленности (НКАП) от 23 июня 1937 г. отмечалось, что на большинстве предприятий наблюдаются воровство, растраты государственных средств, завышение выработки на одного рабочего и искусственное занижение брака. На многих заводах ради формального выполнения плана, а надо учитывать, что за его невыполнение директорам грозило обвинение в саботаже со всеми вытекающими последствиями, занимались приписками. Стало системой, когда в отчеты о выпуске вписывали часть изделий из программы следующего года и т. п.

Одной из причин массового брака была неточность обработки деталей. В тот период в авиапромышленности, несмотря на кажущееся развитие механизации и постоянное внедрение новых образцов оборудования, по-прежнему многие трудоемкие операции выполнялись вручную. С одной стороны, ручная обработка отнимала много времени и квалифицированной рабочей силы, а с другой – не обеспечивала должного качества и взаимозаменяемости деталей. Еще 25 февраля 1936 г. нарком Михаил Каганович в приказе по отрасли предложил заводам полностью заменить ручную резку листового металла на механическую, резку толстолистого металла производить только с помощью автогенных резаков и провести другие работы по механизации.

При установке на самолеты моторов производились припиловка и подгонка по месту моторной рамы, капотов, что вызывало попадание в двигатель опилок, стружек и прочих посторонних предметов. На скоростные характеристики самолетов оказывало влияние и низкое качество винтов. Они не были проработаны ни с точки зрения прочности, ни с точки зрения аэродинамики. В результате происходили большая потеря мощности двигателя и перерасход горючего.

Технология некоторых деталей, подаваемых в сборочные цехи, была проработана не полностью, что неизбежно приводило к дополнительным трудоемким работам по их подгонке и доработке уже на месте, удлинявшим общий цикл сборки самолетов. Отсутствовала надлежащая увязка чертежей. В ход шли даже детали, уже отбракованные представителями военной приемки. Встречались факты, когда для клеймения таких якобы принятых деталей использовались клейма, предварительно похищенные у тех же военпредов.

На работу всех предприятий авиапромышленности оказывал влияние постоянный срыв графиков снабжения различными материалами. Например, в середине 1936 г. в НКАП сложилась критическая ситуация со сборкой самолетов, причиной для которой стало невыполнение плана по производству авиационного полотна на фабрике «Заря социализма», где план II квартала был выполнен лишь на 28 %.

В 1936–1937 гг. стараниями конструкторов вооружение И-16 было усилено. В декабре был испытан вариант с двумя пушками и двумя пулеметами, который уже можно было реально использовать в качестве штурмовика. При этом попадание в наземные цели составило 9–25 % от общего числа выпущенных пуль и снарядов. Конструкция самолета вполне допускала ведение прицельного огня как из обеих пушек и пулеметов одновременно, так и порознь. При этом ее разрушение не наблюдалось. Правда, возникли сложности с шасси. Утяжеление самолета на 200 кг, после чего его общий вес достиг 1750 кг, приводило к их слишком быстрому износу. А для взлета и посадки теперь требовалась как минимум километровая взлетная полоса.

В январе 1937 г. прошли полигонные испытания И-16 с четырьмя пулеметами ШКАС. Помимо определения тактической пригодности этой модификации их целью было «выявить устранение промышленностью дефектов, выявленных ранее по безотказному подводу питания оружия». Если перевести корявый канцелярский язык советской бюрократии, то испытания должны проверить, были ли действительно проведены работы по доработке самолета или же о них отчитались только на бумаге.

И действительно, обнаружилось, что промышленность, и в первую очередь Горьковский авиазавод № 21, ничего не сделала в этом направлении. Подвод питания к внешним пулеметам так и не был доработан, ручки перезарядки остались без изменений, пулеметная лента шла плохо и заедала, вследствие чего ШКАСы часто заклинивало. Хотя огневая мощь истребителя в целом значительно возросла и появилась возможность использования его в качестве скоростного штурмовика, счетверенная пулеметная установка полигонных испытаний не выдержала.

Попутно испытывался и вариант И-16 с химическим вооружением. На самолете монтировались два прибора ВАП-6. При распылении жидкости с высоты 25 метров они поражали площадь в 1,5 га, а с высоты 100 метров – 4,3 га. Аналогичным образом можно было разливать над вражьими окопами и горючую жидкость. В этом случае две струи химических веществ смешивались и воспламенялись, выжигая при опорожнении контейнера на высоте 25 метров площадь около одного гектара.

Затем появился совсем экзотический вариант И-16 Тип 9 с неубирающимся шасси, вооруженный сразу шестью пулеметами ШКАС. На него предполагали устанавливать также и бомбодержатели для 25-кг бомб. Однако КБ Поликарпова и руководство заводов-производителей выступили против подобной универсализации истребителя, обосновывая это в первую очередь постоянным повышением его полетного веса. В итоге им удалось добиться отмены решения об установке бомбодержателей, однако требование о совмещении пушечного и стрелкового вооружения осталось в силе.

В октябре 1937 г. снова прошли войсковые испытания И-16 с пушечным вооружением. В них приняли участие восемь специально изготовленных самолетов, из них три были вооружены 12,7-мм пулеметами, а остальные – 20-мм пушками ШВАК. В ходе 247 учебных вылетов были выполнены стрельбы по наземным мишеням и аэростатам заграждения. Удалось достигнуть удовлетворительной точности попаданий. Однако 20-мм пушки в части автоматики оказались недостаточно надежными вследствие большого числа задержек и малой живучести отдельных деталей.

В январе 1938 г. вопрос о дальнейшем производстве И-16 рассматривался на заседании межведомственной комиссии. Авиазаводу № 21 в качестве главной задачи на год была вменена борьба за облегчение полетного веса. Комиссия утвердила 38 изменений в конструкции самолета. Отныне было решено выпускать И-16 сразу в пяти модификациях: стрелковой, пушечной, ночной, бомбардировочно-стрелковой и учебно-тренировочной (УТИ), чей вес колебался от 1430 до 1712 кг. При этом пушечная и бомбардировочно-стрелковая модификации предусматривали использование самолета в качестве штурмовика.