И-16 тип 27 

 Эта малотиражная модификация пред­ставляла собой И-16 тип 18 с мотором М-62 и пушечным вооружением, анало­гичным типу 17. Выпускалась в 1939 году, построено 59 экземпляров.

И-16 тип 28

Пушечная версия типа 24, строилась в 1939-1940 годах в количестве 293 эк­земпляров. Применялась в качестве истребителя и легкого штурмовика в начале Великой Отечественной войны.  

 И-16 тип 29 

 Последняя крупносерийная модифика­ция И-16, которая производилась на 21-м заводе с середины 1940 года. На самолете отсутствовали крыльевые пулеметы ШКАС, зато в нижней части капота под двигателем был установлен крупнокалиберный синхронный пулемет ВС. Из-за этого воздухозаборник маслора-диатора был перенесен на правую сторону лобовой панели капота. Истребители 29-го типа оборудовались радиостанциями РСИ, а также подкрыльевыми узлами крепления для дополнительных сбрасываемых бензобаков и шести пусковых установок реактивных снарядов РС-82. Полотняная обшивка крыла и элеронов в местах установки PC заменена дюралем.

Всего было выпущено 650 И-16 тип 29, из них последние 80 штук - в начале 1941 года. Без внешних подвесок этот самолет обладал наивысшими летными данными из всех модификаций И-16, однако его стрелковое вооружение было довольно слабым, особенно против бомбардировщиков. Тем не менее тип 29 активно применялся на советско-германском фронте вплоть до 1943 года.

 УТИ-4 (И-16 тип 15)

Двухместная учебно-тренировочная мо­дификация И-16, сделанная на базе И-16 тип 5. Курсант размещался в пе­редней кабине, инструктор - в задней, там же находилась рукоятка выпуска-уборки шасси. Вооружение и лабораторное оборудование отсутствовало. Самолет был запущен в серию в 1937 году и строился крупными партиями, причем пик серийного выпуска пришелся на 1940 и 1941 годы, когда производство боевых модификаций уже сворачивалось.

Очевидно, это было связано с большим количественным ростом советских ВВС в предвоенный период и необходимостью резкого увеличения парка учебных машин для подготовки летных кадров. С целью упрощения и удешевления производства часть самолетов выпускалась с неубираемым шасси. На некоторых таких машинах инструктор размещался спереди, а задняя кабина закрывалась непрозрачным колпаком для отработки «слепых» полетов. Всего построено 3189 УТИ-4.