西班牙内战期间被叛军俘获的伊-16
共和军共组建了苏联陆续向共和军提供了大约500架左右的伊-16-5型。在1935至1937年间，伊-16-5型是世界上飞的最快的战斗机，但是作战初期，在和比它慢的多但机动性和操纵性都不错的意大利菲亚特CR.32双翼战斗机交手中屡屡失利。
在西班牙作战的经验表明，伊-16-5型和伊-16-6型的两挺7.62毫米机枪火力已经明显不足以应付当时的空战，而此时西班牙内战正酣空军迫切需要对伊-16的火力进行必要的加强。1937年12月25日，苏联国防人民委员克列缅特·叶菲莫维奇·伏罗希洛夫元帅给GAZ-21飞机制造厂主任米罗什尼科夫去信，敦促要求尽快开发新的伊-16改进型以替换目前伊-16-6型的生产。米罗什尼科夫答复在一年之内可以转化生产，伏罗希洛夫回复要求最终期限为——两天！显然这个命令起了作用，很快在1938年新年前夕就完成了设计编号为10型并马上投入生产。1938年1月11日试飞，3月即运送到西班牙战场上投入战斗。
伊-16-10型增加两挺ShKAS机枪安装在机鼻上，明显凸起的机枪整流罩成为在外观上与以往伊-16的最大区别。此时马力更强的M-25V发动机已经可以投入使用并马上装备在伊-16-10型上，但一些早期生产的伊-16-10型仍然使用M25-A发动机。由于M25-V动力增加了近140马力同时重量也增加了24公斤，所以在使用新发动机的发动机整流罩“下颚”上增加了一个T型的进气口，排气口形状也变的更圆了。在座椅的靠头部位上又加装了8毫米装甲板，可以抵御12.7毫米口径武器的射击。部分10型为了在冬季使用安装了雪橇。由于使用了可回收式雪橇，所以并没有影响到它的机动性能。
