Производство нового истребителя И-16 тип 5 развернулось в начале 1936 года на авиазаводах № 21 и 153. Самолеты И-16 тип 5 и Тип 6 строились до конца 1937 года, за этот период со сборочных линий сошло около 2200 этих машин.

Серийные И-16 тип 5 отличались от предсерийных костылем, которым было заменено хвостовое колесо. Огневая мощь была усилена – вместо двух стандартных пулеметов ПВ-1 устанавливались новые пулеметы ШКАС (калибра 7,62 мм). Новый пулемет имел скорострельность 1800 выстрелов в минуту, боезапас составлял 900 патронов на ствол. Два ШКАСа располагались в крыльях, вне площади ометаемой воздушным винтом. Имелась также возможность подвески бомбовой нагрузки – до 200 кг. Все И-16 тип 5 были оборудованы телескопическим прицелом ОП-1, который использовался ранее также и на истребителях-бипланах И-15 и И-152.

Кабина истребителя получилась довольно тесной, в ней комфортно себя чувствовали только пилоты небольшого роста. Сиденье пилота имело регулировку только по высоте, а набор оборудования был минимальным. Контрольно-измерительные приборы включали: высотомер, указатель вертикальной скорости, указатель крепа и поворота и индикатор температуры масла. Эти приборы, изготавливались главным образом, по лицензии американской фирмы Pioneer-Bendix gauges. Пилотская кабина внутри окрашивалась на заводе в ссро-зеленый цвет, приборная панель – в темно-зеленый цвет. Задняя часть сиденья и заголовник обтягивались кожей черного цвета.

И-16 тип 5 меньше подходил для ближнего, маневренного воздушног о боя с высокими перегрузками, чем его ровесники бипланы. хотя и обладал преимуществом в скорости и скороподъемности. Управление элеронами было чрезвычайно легким, и это обеспечивало истребителю исключительную маневренность.

Этот И-16 тип 5 (тактический номер «9» желтый) был оборудован радиостанцией РСИ-3, на что указывает короткая мачта антенны на вертикальном стабилизаторе. Воздушный винт слегка поврежден.

Данный И-16 тип 5 оснащен неубирающимся лыжным шасси и использовался для испытаний двигателя М-25В. Самолет нес больший кок винта, который стал стандартным на более поздних вариантах И-16.

И-16 тип 5, однако, не был самолетом для новичков. Он был чрезмерно чувствителен к движениям органов управления, а его продольная устойчивость была низкой. Истребитель также имел тенденцию к потере скорости при скольжении. Неустойчивость при крене и повороте требовала очень высокого внимания со стороны пилота, к тому же жесткая установка двигателя приводила к раздражающему высокому уровню вибраций.

Если не соблюдалась чрезвычайная осторожность, то использование одновременного отклонения элеронов, как аналога выпуска закрылков при заходе на посадку, могло окончиться кабрированием истребителя, переворачиванием и падением на кабину. Когда выпускалось шасси, самолет немедленно становился вялым, возникал серьезный бафтинг, и необходимо было поддерживать мощность мотора на высоком уровне, к тому же проявлялась тенденция опустить крыло. И-16 нужно было буквально прижимать к земле, на скорости около 150 км/час, при этом если касание колесами главных стоек (имеющих масляные амортизаторы) земли проходило резко, с ударом, то самолет имел тенденцию подпрыгивать, что часто заканчивалось опасным опусканием носа.

Из-за перечисленных проблем с управлением, освоение И-16 тип 5 было трудным и на начальных стадиях сопровождалось большим числом несчастных случаев, что естественно вызвало большое недовольство строевых летчиков.

Другим недостатком, по мнению большинства пилотов средней квалификации, была закрытая кабина. Иеред принятием на вооружение И-16, все остальные советские истребители имели открытые кабины. Пилоты полагали, что сдвижной фонарь ограничивает их движения, и они будут не в состоянии поворачивать голову из стороны в сторону, чтобы проверять свой тыл. Большинство пилотов также опасались, что фонарь будет работать не эффективно, особенно в случае, когда нужно будет быстро покинуть самолет.

Чтобы развеять сомнения строевых пилотов группа летчиков-испытателей в составе П.Стефановского, С.Супруна, В,Евсеева, У.Премана и В.Рахова в ноябре 1937 года начала посещать строевые подразделения ВВС, чтобы продемонстрировать преимущества И-16. В ходе посещения строевых частей, легчики-испытатели на своих И-16 тип 5, выполнили не менее 3318 полетов с демонстрацией фигур высшего пилотажа. И вскоре сомнения и опасения строевых пилотов И-16 были развеяны.

Большинство И-16 поставлялись с завода, окрашенными в оливково-зеленый цвет (верхние поверхности), нижние поверхности открашивались в светло-голубой цвет.

Член команды наземного обслуживания устанавливает левую пушку ШBAK (калибра 20 мм) в отсек на крыле опытного самолета И-16П. Это был первый советский самолет-истребитель, вооруженный 20 мм орудием.

И-16П был оснащен импортным двигателем Wright Cyclone и вооружался двумя 20 мм пушками и двумя 7,62мм пулеметами.

Лопасти воздушного винта В-25 окрашивались в цвет алюминия, а его кок был оливково-зеленым. Правда, некоторые И-16 тип 5 имели черные или синие коки. На первых И-16 тип 5 капот двигателя окрашивался в черный цвет. В тот период, значительное количество красок использующихся в Советском Союзе импортировалось из Германии, в результате, цвета, в которые окрашивались довоенные советские истребители, были очень похожи на цвета используемые, для немецких самолетов. До лета 1941 года, знаки национальной принадлежности наносились на верхнюю и нижнюю поверхности крыльев, а также на фюзеляж. Красная звезда всегда имела тонкую черную обводку. Тактический номер обычно наносился на руль направления и имел тонкую белую обводку.

В ходе эксплуатации щитки, прикрывающие колеса основных стоек шасси часто снимались (полевая модификация), так как они очень часто повреждались во время полетов с полевых аэродромов. Когда начали появляться фотопулеметы, их начали устанавливать и на И-16 тип 5 – в обтекателе на гаргроте фюзеляжа, позади кабины пилота.

Только некоторые И-16 тип 5 были модифицированы путем установки на них коротковолновой радиостанции РСИ-3 (РСИ – радиостанция для истребителей), их можно было отличить по маленькой мачте для антенны, смонтированной на верхней части вертикального оперения. РСИ-3 состояла из приемника и передатчика. Обычно, только командирский самолет в подразделении был оборудован и передатчиком, и приемником, тогда как остальные самолеты имели или только приемник или не имели радио вообще. Приемник и передатчик станции РСИ-3 питались от аккумулятора РУН-30. Радиостанция имела пять фиксированных частот, которые должны были установливаться на земле перед вылетом.