Между тем в Горьком постепенно разворачивалось серийное производство И-16 с мотором М-22. Учитывая, что ранее собиравшийся И-5 и его преемник были совершенно не связаны технологически, потребовалась срочная переориентация производства и переучивание работников. Вскоре начались работы по перепланировке производственных заданий по цехам, перераспределение рабочей силы. Пришлось в авральном порядке полностью перестраивать термическое хозяйство, организовать мощную измерительную лабораторию, осваивать технологию сварки хроммолибдена и т. д. Проводились мероприятия по более эффективному использованию производственных площадей и повышению производительности труда.
В сентябре были построены первые экземпляры. 4 октября 1934 года прошли испытания головного самолета Горьковского авиационного завода, которые проводили заводской летчик-испытатель Петр Павлушев и специально прибывший из Москвы Владимир Коккинаки. Последний уже имел большой опыт полетов на новой машине и должен был поделиться им с горьковскими летчиками.
Павлушев занимался испытаниями горьковских истребителей с самого начала функционирования «двадцать первого» завода. Это был опытнейший летчик, начавший карьеру еще в годы Гражданской войны. В 1925 году, будучи командиром 2-го отряда Ленинградской Краснознаменной истребительной авиаэскадрильи имени П.Н. Нестерова, он познакомился с Валерием Чкаловым, поступившим в его подчинение. Правда, «знакомство» кончилось плохо, о чем будет рассказано ниже…
В феврале 1926 года был выполнен групповой перелет военных летчиков по маршруту Ленинград – Смоленск – Ленинград. Три пилота во главе с Петром Павлушевым на самолетах «Фоккер» D-ХI вылетели 24 февраля, и вторая тройка на отечественных машинах Р-1, возглавляемая И.А. Назарчуком, – 25 февраля. Почти весь маршрут проходил в сложных метеорологических условиях, приходилось делать вынужденные посадки, ремонтировать технику в полевых условиях. В итоге в первой группе весь маршрут успешно преодолел лишь один Павлушев, а во второй – Назарчук и Янышевский. Однако цель перелета была достигнута. Летчики получили практику в осуществлении больших перелетов в трудных условиях[Иноземцев И.Г. Под крылом – Ленинград. М.: Воениздат, 1978. С. 31.].
7 декабря 1930 года Павлушев, служивший тогда командиром 73-го отдельного авиационного отряда, был награжден знаком № 3 «Отличный воздушный боец» за большие успехи авиачасти в учебно-боевой подготовке при абсолютной безаварийности. Словом, испытания первого горьковского И-16 в октябре 1934 года проводили заслуженные «сталинские соколы».
Именно в эти осенние дни, когда деревья уже опадали и чувствовалось приближение очередной зимы, жители западных окраин города Горького впервые увидели в небе маленькие самолеты, не похожие на ставшие уже привычными бипланы. На юрких машинах не было никаких красных звезд и опознавательных знаков, но можно было легко догадаться, что это какие-то новые боевые машины для «сталинских соколов».
Всего было проделано 16 полетов, в том числе 14 с убранными шасси. Несмотря на ряд выявленных дефектов (коррозия сварных швов, непрочность механизма шасси), машина была утверждена в качестве эталона на 1935 год. Модификация же получила сначала неформальное, а потом и официальное обозначение И-16 тип 4. Дело в том, что до него Горьковский авиазавод выпускал серийно один и мелкосерийно еще два самолета (И-5, ХАИ-1 и И-14), то есть новая машина стала как бы четвертой. Позднее приставка «тип» применялась ко всем новым модификациям истребителя.
Вскоре был готов и второй истребитель горьковского производства. Однако первые машины оказались сырыми и в ходе продолжавшихся испытаний быстро вышли из строя. 6 ноября старший военпред авиазавода № 21 Жуков и начальник ОТК Ерохин составили акт о выявленных неисправностях. На первом И-16 было выявлено 63 дефекта, в том числе побитые стекла, нехватка ряда деталей, трещины, тугой ход колеса и т. д. На втором экземпляре дефектов обнаружилось немного меньше – 54, в том числе «грязь в фюзеляже, некачественная окраска, нехватка шурупов».
20 ноября на заводском аэродроме из-за отказа механизма шасси совершил вынужденную посадку, как тогда писали, «на пузо» И-16, который пилотировал летчик-испытатель Павлушев. Согласно показаниям пилота, взлет он произвел в 15.40, затем после 20 минут полета стал заходить на посадку. Однако колеса не вышли. Тогда Павлушев снова набрал высоту и стал проделывать различные фигуры: вираж, горка, тряска, но ничто не помогло. Между тем погода в районе аэродрома резко ухудшилась, надвигалась облачность, а видимость сократилась до 500 м. Летчику ничего не оставалось, как идти на вынужденную посадку. В 16.25 И-16 коснулся фюзеляжем земли, пропахал «брюхом» около 60 м, после чего остановился. Официальной причиной происшествия была признана «недостаточная изученность работы механизма подъема шасси».