Постепенно И-16 тип 5 заменялся на сборочных линиях авиазаводов №№ 21 и 153 следующей модификацией истребителя – И-16 тип 6. К концу 1937 года – моменту, когда их производство было прекращено, было построено около 2200 экземпляров обеих модификаций.

По мнению значительного, количества строевых пилотов средней квалификации одним из недостатков И-16 тип 5, была закрывающаяся кабина, поэтому в частях, большинство советских пилотов летало с фонарем кабины сдвинутым вперед.

В ответ на жалобы пилотов, конструкторское бюро Поликарпова, возвратилось к открытой кабине и заменило сдвижной фонарь цельным передним козырьком, который обеспечивал пилоту гораздо лучший обзор. Прицел ОП-1 был сохранен. Другим отличием новой модификации от И-16 тин 5 стал усовершенствованный двигатель М- 25А, мощностью 730 л.с.

В ходе производства, на И-16 тип 6 было введено еще множество более мелких изменений. Так прицел ОП-1 был заменен более совершенным прицелом ПАК-1 (прицел авиационный коллиматорный), который являлся копией французского прицела фирмы Clair.

В начальный период операции «Barbarossa» – немецкого нападения на Советский Союз, большое количество самолетов советских ВВС было захвачено неповрежденными па аэродромах, как и этот истребитель И-16 тип 6 (тактический номер «3», желтый) ранних выпусков. Чтобы сделать истребитель небоеспособным, немцы демонтировали из кабины прицел ОП-1. До начала войны советские истребители имели на верхней поверхности крыльев красные звезды, однако вскоре после начала боевых действий они были удалены.

Трофейный И-16 тип 6 (тактический номер «13», желтый). С самолета демонтированы два крыльевых пулемета ШKAC, видна открытая крышка пулеметного отсека в крыле, также сняты щитки, прикрывающие стойки шасси. Самолет на заднем плане – истребитель-биплан И-152.

Ряд истребителей И-16 «Моски» в «Школе скоростных истребителей» на аэродроме в Эль-Кармоли. Самолет в переднем плане – И- 16 типа 6, тогда как остальные самолеты – И-16 тип 5. На всех самолетах сняты щитки со стоек шасси.

И-16 тип 6 ранних выпусков из состава китайских ВВС. Ранние И-16 тип 6 сохранили старый прицел ОП-1, использующийся еще на типе 4 и 5. На этом самолете сняты нижние щитки, прикрывающие колеса. Капот и кок воздушного винта были окрашены в черный цвет.

И-16 тип 6 оборудованные прицелом ПАК-1, легко можно было идентифицировать по отсутствию трубы прицела ОП-1, высовывающейся через ветровое стекло, так как меньший но размерам ПАК-1 размешался позади стеклянного козырька кабины. ПАК-1 стал основным типом авиационного прицела, который использовался на всех вариантах И-16, начиная с тип 6.

И-16 тип 6 последних выпусков имели триммеры на элеронах, и большинство машин ранних выпусков были позже модифицированы подобным образом прямо в войсках.

И-16 тип 6 также могли оборудоваться фотопулеметом, он устанавливался на гаргроте фюзеляжа, позади кабины пилота. Так как фотопулеметом оборудовались и многие более ранние варианты И-16, то наличие фотопулемета не является характерной чертой именно типа 6.

Для полетов в зимний период И-16 тип 6 мог быть оборудован лыжным шасси. Как и на более ранних вариантах, при установке лыж. стойки шасси закреплялись в выпущенном положении и уже не убирались в полете.

Вооружение И-16 тип 6 было таким же, как и на более ранней модификации – тип 5: два пулемета ШКАС (калибра 7,62 мм). Прежде, чем штурмовики Ил-2 начали поступать в войска в достаточных количествах, истребители И-16 тип 6 использовались в качестве самолета поддержки наземных войск. На многих таких самолетах снимался кок винта, однако, это не являлось стандартной модификацией. Для штурмовых атак иод крылом И-16 тип 6 могли устанавливаться четыре или шесть направляющих РО-82, служащих для запуска реактивных снарядов РС-82. Реактивный снаряд РС-82 имел боеголовку весом 0,585 кг и дальность полета 5200 метров.

И-16 тип 6 покидал заводы, окрашенный в оливково-зеленый (верхние поверхности) и светло-голубой (нижние поверхности) цвет. Красные звезды имели тонкую черную обводку и наносились на задней части фюзеляжа и крыльях (верхней и нижней поверхностях). В большинстве случаев единственная цифра тактического номера, наносилась на хвосте.

После начала Великой Отечественной войны, множество И-16 тип 6 находящихся в боевых частях, было перекрашено в двухцветный камуфляж. Во многих случаях к уже имевшемуся темно-зеленому цвету был добавлен оливково-зеленый. Красная звезда была добавлена на руле и удалена с верхней поверхности крыльев. Тактический номер чаще всего наносился на фюзеляж, однако, в первые месяцы войны не имелось никаких строгих правил для нанесения камуфляжа и маркировок.

И-16 тип 6, тактический помер помер «IR-I0I» (черный), захваченный финнами 28 марта 1942 года. Самолет был перекрашен в финскую камуфляжную окраску и нес соответствующие маркировки, включая желтые полосы вокруг капота и фюзеляжа. Кроме того законцовки нижней поверхности крыльев также были окрашены в желтый цвет. В марте 1943 года самолет базировался в Ромпотти (Rompotti).