Друго ратиште за И-16 је било Кина и Монголија (Халхин Гол), гдје су се борили против разних јапанских типова авиона. Иницијално врло успјешни, равнотежа је углавном успостављена јапанским типовима Накаџима Ки-27 и Мицубиши А5М од 1939. Примат су преузели Јапанци потпуно појавом ловца Мицубиши А6М Зеро.