Наприкінці весни 1939 вибухнув прикордонний збройний конфлікт між Маньчжурською державою та Монгольською Народною республікою, відомий як Бої на Халхин-Голі. 27 травня 1939 І-16 вперше зустрілися з японськими винищувачами І-97. Результати зіткнення були гнітючими, чотири І-16 із заглохлими моторами незабаром вийшли з бою, один було збито, один розстріляний при вимушеній посадці, один перекинувся при приземленні. Цього дня загинуло два льотчики. У подальшому повітряні бої розгорілися з новою силою, але радянські пілоти спромоглися виправити ситуацію на свою користь. 22 червня 1939 відбувся найбільший повітряний бій того часу. 120 японських літаків, підняті з аеродромів в Маньчжурії, зустріли 95 радянських винищувачів. На висоті від 2000 до 4000 метрів зав'язався повітряний бій, який тривав протягом 2,5 годин. Втрати сторін: Японія 31 — СРСР 11 літаків. 20 серпня 1939 п'ятірка винищувачів І-16, оснащена підкриловими установками реактивних снарядів РС-82, в небі над ділянкою між річкою Халхін-Гол і містечком Хамар Даба атакувала групу японських бомбардувальників в охороні винищувачів І-97.