- TsKB-12 : prototype à moteur M-22.
- TsKB-12bis : prototype à moteur M-25.
- TsKB-18 : prototype d'attaque au sol, 4 mitrailleuses PV-1.
- I-16 Type 1 : (30 exemplaires)2 mitrailleuses PV-1 dans les ailes avec 900 coups, moteur M-22 de 480 ch.
- I-16 Type 4 : 2 mitrailleuses PV-1 dans les ailes avec 900 coups, moteur M-25 de 700 ch.
- UTI-2 : version biplace à moteur M-22.
- UTI-3 : version biplace à moteur M-22 et train fixe.
- UTI-4 : version biplace à moteur M-25.
- I-16 Type 5 (1 500 exemplaires) : 2 mitrailleuses ShKAS dans les ailes avec 900 coups, moteur M-25 de 700 ch.
- I-16 P : premier essai d'un armement canon.
- I-16 Type 6 : 2 mitrailleuses ShKAS dans les ailes avec 900 coups, moteur M-25A de 730 ch.
- I-16 Type 10 : 2 mitrailleuses ShKAS dans les ailes avec 900 coups, 2 mitrailleuses ShKAS sur le capot avec 650 coups, moteur M-25V de 750 ch.
- I-16 TK : prototype avec 2 turbocompresseurs TK-1, 2 mitrailleuses ShKAS sur le capot avec 650 coups.
- TsKB-12 P : prototype du type 17.
- I-16 Type 17 : version d'attaque au sol avec 2 canons ShVAK de 20mm avec 150 coups dans les ailes, 2 mitrailleuses ShKAS sur le capot avec 650 coups.
- I-16 Type 18 : 2 mitrailleuses ShKAS dans les ailes avec 900 coups, 2 mitrailleuses ShKAS sur le capot avec 650 coups, moteur M-62.
- I-16 Type 20 : prototype à long rayon d'action, équipé de réservoirs supplémentaires d'intrados qui furent réutilisés sur les séries suivantes.
- I-16 Type 24 : 2 mitrailleuses ShKAS dans les ailes avec 900 coups, 2 mitrailleuses ShKAS sur le capot avec 650 coups, moteur M-62 puis M-63.
- I-16 SPB : version bombardier en piqué.
- I-16 Type 27 : 2 canons ShVAK de 20 mm avec 150 coups dans les ailes, 2 mitrailleuses ShKAS sur le capot avec 650 coups et moteur M-62.
- I-16 Type 29 : 2 mitrailleuses ShKAS dans les ailes avec 900 coups et 1 mitrailleuse BS de 12,7 mm sous le moteur, moteur M-63, radio et cinémitrailleuse.
- I-16 Type 28/30 (amélioration du précédent) 450 exemplaires
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