Первый полёт на прототипе был выполнен 30 декабря 1933 года лётчиком-испытателем Государственного авиационного завода № 39 (ГАЗ №39)Валерием Чкаловым.На Государственных испытаниях в феврале 1934 года два прототипа поднимали в воздух лётчики-испытатели Владимир Коккинаки и Василий Степанчонок. Пилоты давали отнюдь не лестные отзывы о самолёте, а после ознакомления с докладом лётчиков-испытателей Юмашева и Чернавского Алкнис специальным приказом разрешил пилотировать самолет И-16 только наиболее опытным лётчикам.Намеренно сделали самолёт аэродинамически неустойчивым.
