Всего в течение 1932–1934 гг. Горьковский авиазавод выпустил 661 истребитель И-5 и еще 20 УТИ-1. Кроме того, 140 бипланов произвел Московский авиазавод № 1 им. Осоавиахима. В процессе их производства был получен первый в СССР опыт освоения, испытаний, запуска в серию и массового выпуска нового самолета. Но одновременно выявились и трудности, с которыми советской авиапромышленности затем придется сталкиваться во все возрастающих масштабах. Это были несоответствие плановых заданий реальным производственным возможностям, плохое качество исходных материалов и комплектующих деталей, нехватка и низкая квалификация рабочей силы. И как следствие всего этого ужасное качество готовой продукции. В итоге из И-5 не получилось ни путевого штурмовика, ни истребителя.
Истребитель-моноплан И-16, спроектированный Поликарповым в 1934 г., открыл целую эпоху в истории советской авиации. Это был первый серийный самолет с убирающимися шасси и скоростью свыше 400 км/ч. Он имел три принципиальные особенности: малые геометрические размеры, очень небольшие моменты инерции относительно всех трех осей и малый запас продольной статической устойчивости на планировании, а также очень малый полетный вес. Первоначально И-16 был вооружен двумя все теми же спаренными пулеметами ШКАС.
В марте 1934 г. в НИИ ВВС РККА прошли государственные испытания И-16 с девятицилиндровым мотором М-25 (так в СССР назвали американский двигатель Wright Cyclone R-1820-F-3) мощностью 480 л.с. Полеты выполняли летчики-испытатели Владимир Коккинаки и Валерий Чкалов. Самолет развил максимальную скорость 359 км/ч и достиг потолка в 7180 м. По скоростным качествам истребителя Госкомиссия сделала следующие выводы: «Благодаря хорошим аэродинамическим формам и убирающимся шасси И-16 уступает по скорости на высоте 5000 м немногим серийным истребителям, состоящим на вооружении иностранных воздушных флотов, превосходя их по скорости до высоты 2000 м и уступая в потолке и скороподъемности».
Однако испытания выявили и слабые места нового самолета: очевидную ненадежность шасси, протекание бензобаков, недостаточную прочность различных кронштейнов, деформацию крепления прицела. Летчики отметили, что им плохо видны приборы, а в кабину задувает воздух. На больших скоростях у самолета начинали вибрировать крылья, а при посадке происходил завал на правое крыло. Крепление ШКАСов при стрельбе сильно расшатывалось, и в результате получался огромный разброс пуль.