中国空军王牌柳哲生在他的伊-16座机前，时间约为1937至1938年初。
伊-16P型（12型）是苏联第一种尝试在战斗机上安装机炮的机型，伊-16P型使用5型的机体在机翼中装两门备弹150发的ShVAK 20毫米机炮（每门有150发炮弹），同时翼下还有6个Der-31炸弹挂弹架。
使用10型机体的TsKB-12P后来还实验安装过4门ShVAK 20毫米机炮。
以上两种都是实验型机没有投入量产。
伊-16-6型和伊-16-10型在西班牙战争期间表现出对地攻击火力不足的缺点，此时，苏联空军需要在伊-16上装一种火力强大的武器，以打击装甲车辆和地面防御目标。由于已经有了伊-16-P和TsKB-12P的经验，波利卡尔波夫很快就在伊-16-10型的机身上用两门20毫米ShVAK机炮替换了机翼上的7.62毫米ShKAS机枪。ShVAK机炮可根据不同的任务目标装杀伤燃烧弹和穿甲燃烧弹也可以一起使用。这种装ShVAK机炮的伊16-10型被编以伊-16-17型，马上开始投入量产。
由于安装了20毫米机炮，伊-16-17型增加了84~90公斤的重量，虽然对水平速度的影响不是很大，但爬升速度却大大降低了。伊-16-17型没有用于出口，而是参加了1939年与日本人在边界诺门坎上的冲突。当卫国战争开始时，装有机炮的17型和27型的伊-16在攻击地面德军行军纵队和装甲目标时充作强击机使用，直到性能更好的伊尔-2在主要战场上取代了它，这时的伊-16-17型大多被分配到了诸如波罗的海和黑海地区的次要战场上。
