Именно из-за неисправности шасси ЦКБ-12бис в ходе Государственных испытаний потерпел аварию. И даже после того, как механизм уборки шасси был перепроектирован, он все еще работал не совсем надежно. У ЦКБ-12 имелось и множество иных проблем, типа повреждений полотняной обшивки крыла, особенно на центроплане. Все это было отмечено в отчете по результатам испытаний, в соответствии с которым, как ЦКБ-12, так и ЦКБ-12бис были признаны не готовыми к производству. ЦКБ- 12 вернули на завод для доработки.

В сентябре 1934 года, ЦКБ-12 и восстановленный после аварии ЦКБ-12бис, который получил новый двигатель Wright Cyclone SGR-1820-F-3, были в третий раз переданы в НИИ ВВС для проведения очередного цикла испытаний. В ходе модернизации в конструкцию прототипов было внесено множество усовершенствований. Полотняную обшивку центроплана и передней кромки крыла заменили металлической, это позволило ему сохранять соответствующий профиль в широком диапазоне нагрузок и скоростей. А на ЦКБ-12бис трехлопастной воздушный винт Hamilton-Standard, заменили двухлопастным.

Во время этой программы испытаний, ЦКБ-12 достиг скорости 325 км/час (на высоте 5000 м), потолка в 7180 метров и продемонстрировал скороподъемность 532 метра в минуту. Эти характеристики были существенно ниже, чем аналогичные данные ЦКБ-12бис с двигателем Wright Cyclone, который показал максимальную скорость 413 км/час (на высоте 5000 м), потолок 8800 метров и скороподъемность 806 метров в минуту.

В конце концов, оба опытных образца, выдержали испытания, и Наркомат авиационной промышленности начал подготовку к производству самолета ЦКБ-12 с двигателем М- 22, получившем обозначение И-16 Тип 4.

И-16 шин 4 на стапеле в ходе окончательной сборки на Горьковском авиазаводе №21, осень 1935 года. Этот самолет еще не имеет двух пулеметок калибра 7,62 мм, которые устанавливались в крыле.

И-16 тип 4, установленный на козлах, для проверки работы механизма уборки и выпуска шасси. Два маленьких отверстия в передней кромке капота двигателя – воздухозаборники, а не отверстия для выводи стволов пулеметов.

Запуская в производство И-16 тип 4. советские ВВС собирались получить на вооружение свой первый современный, истребитель-моноплан, поэтому командование требовало поставок максимально возможного количества новых самолетов в самые короткие сроки.

Первые пятьдесят восемь истребителей И-16 тип 4 были построены на заводе №39 в Москве в 1934 году.

Даже при том, что у И-16 все еще имелось множество недостатков, которые не удалось полностью ликвидировать, подготовка к производству нового истребителя на заводе №21 в Нижнем Новгороде получила высший приоритет. А НИИ ВВС обязали оказать заводу техническую помощь, чтобы срочно довести И-16.

Так как И-16 стал четвертым типом самолета, построенным на заводе №21, то в заводской технической документации он именовался как И-1 бтип 4. это обозначение, позже было принято и в ВВС РККА.

Ввиду того, что двигатели Wright Cyclone SGR-1820-F-3 и воздушные винты Hamilton-Standard еще не были доступны в требуемых количествах – моторный завод в Перми не полностью освоил лицензионное производство этого двигателя (под обозначением М-25), было решено устанавливать на первые предсерийные И-16 хорошо освоенные двигатели М-22 (мощностью 480 л.с.). М-22 являлся советской копией британского авиамотора Bristol Jupiter VI, и строился в больших количествах на заводе №29 в Александровске до 1936 года. Этот двигатель обычно оснащался воздушным винтом В-22 фиксированного шага с двумя металлическимн лопастями.

Советские летчики осматривают предсерийные самолеты И-16 Тип 4. На истребителе еще не установлен воздушный винт, также не нанесены опознавательные знаки национальной принадлежности.

Кроме серийных И-16 Тип 4, в ходе испытаний «Звена» также использовался и опытный ЦКБ-12. Во время этих испытаний на истребителе были демонтированы два крыльевых пулемета. Опытный ЦКБ-12 был необычен тем, что имел на нижней поверхности крыльев красные звезды различного размера. Звезда под правым крылом, существенно больше, чем под левым крылом.

Между опытным ЦКБ-12 и серийным Id- 16 тип 4 имелось множество различий. Так капот двигателя был удлинен и сужался к хвосту (особенность, перешедшая от опытного ЦКБ-12бис), правда, предсерийные И-16 тип 4 поставлялись еще с коротким капотом (как у опытного ЦКБ-12). На И-16 тип 4 была увеличена и высота гаргорота за кабиной пилота. Шасси получило увеличенные щитки на основных стойках, кроме того, были установлены щитки на колесах, так что в полете убранные колеса, и стойки полностью закрывались щитками. Имевшиеся на опытной машине небольшие выступы на верхней поверхности крыльев над пулеметами ИВ-1 на И-16 тип 4 были удалены.

ЦКБ-12 имел раздвоенную трубку Пито, тогда как И-16 тип 4 и все последующие серийные модификации истребителя получили трубку Пито стандартного типа. И-16 тип 4 должен был стать первым советским истребителем, имевшим броневую защиту пилота, за его сиденьем устанавливалась 8 мм броневая секция.

И-16 тип 4 имел смешанную конструкцию, фюзеляж изготавливался в основном из дерева, конструкция крыльев была металлическая. Фюзеляж собирался из двух половин, разделенных вертикально, каждая половина включала четыре лонжерона и одиннадцать сосновых шпангоутов. Монококовая обшивка изготавливалась из нескольких слоев березовой фанеры, наложенных крест на крест и склеенных между собой. Толщина стенок изменялась от 4 мм в носовой части до 2,5 мм в хвосте.

В актив «Звена» входил самолет-носитель, обычно им был бомбардировщик ТБ-3-4М-17Ф и несколько переносимых им истребителей. «Звено-6» состояло из ТБ-3, под каждым крылом которого подвешивалось по одному истребителю И-16 Тип 4. Первый полет «Звена-6» состоялся в августе 1935 года.

Истребитель И-16 тип 4 готов к подвеске под крыло бомбардировщика ТБ-3-4М-17Ф, который служил самолетом-носителем в системе «Звено-6».

Модифицированный опытный самолет ЦКБ-12бис отличался от И-16 тип 5 более овальными, протянутыми назад отверстиями в капоте для вывода выхлопных патрубков и двумя маленькими каплеобразными наплывами на законцовке правого крыла. Эта опытная машина не имела никаких опознавательных знаков. Самолет, послужил эталоном для серийных истребителей И-16 тип 5.