Касније верзије авиона су добијале све јаче моторе и боље наоружање, али је у вријеме њемачког напада на СССР 1941. авион већ био дјелимично застарио. Упркос томе, велики дио ловаца совјетског РВ су били И-16, и поднијели су главни терет ваздушних борби са Нијемцима и њиховим савезницима у првој години рата. Херојски су кориштени и за ударе у противничке авионе ("Таран" - ваздушни ован), нападе на земаљске циљеве и друге задатке.