После подписания договора о взаимопомощи между Советским Союзом и Китаем в августе 1937 года, китайским ВВС было передано около 200 истребителей И-16 различных модификаций. Одиако, наиболее многочисленными из них были И-16 тип 10. Первые истребители этой модификации были поставлены Китаю весной 1938 года.

И-16 тип 10 заменял в боевых частях американский Curtiss Hawk II. 4-я китайская истребительная группа стала первым подразделением, получившим И-16 тип 10. Перевооружение проходило в Чангкиако (Changkiakow), в северном Шанси (Shansi).

И-16 участвовали и в самом большом воздушном сражении китайско-японской войны, состоявшемся 29 апреля 1938 года, в районе Уханя (Wuhan). Восемнадцать бомбардировщиков Mitsubishi G3M, сопровождаемые двадцатью семью истребителями были перехвачены шестьюдесятью семью истребителями советской постройки. Девятнадцать И-152 II шесть И-16 пилотировали китайские летчики из 3-й и 4-й истребительных групп, в кабинах остальных самолетов находились советские пилоты. В ходе сражения, было сбито десять японских бомбардировщиков и одиннадцать истребителей. Китайцы потеряли девять самолетов и четырех пилотов, потерь среди советских нилотов не было, но два истребителя было уничтожено.

31 мая 1938 года, японцы совершили следующий налег на Ухань. Японский отряд включал восемнадцать бомбардировщиков и тридцать пять истребителей. На их перехват поднялись восемнадцать китайских и тридцать один советский пилот (тридцать три И-152 и шестнадцать И-16). В результате сражения, погиб один китайский пилот И-16, правда, японцы сообщили об уничтожении двадцати вражеских самолетов.

В 1939 году, китайские ВВС насчитывали 135 истребителей, основу этой силы составляли И-152 и И-16. Они противостояли примерно 900 японским самолетам, базировавшимся в оккупированных районах Китая.

Истребителями Поликарпова было оснащено три истребительные группы и три отдельные эскадрильи, прикрывающие города Чанкинг (Chunking) и Ченггу (Chengtu) в центральном Китае, Ланчжоу (Lanchow) на севере и Кунминг (Kunming) на юге.

Трофейный И-16 тип 10. До захвата националистами самолет принадлежал 4а Escuadrilla Moscas.

Трофейные истребители И-16 перекрашивались и соответствии с песочно-зеленой камуфляжной схемой. Законцовки крыла окрашены в белый цвет с тремя черными полосами. Ни хвосте самолета видна эмблема Иохима Гарсии Морато (Joaquin Garcia Morale) – Patrulla Azul («Голубой патруль»).

20 февраля 1939 года в воздух поднялась смешанная группа из пятнадцати китайских и четырнадцати советских пилотов (на истребителях И-152 и И-16). В ходе этого боевого вылета им удалось сбить девять вражеских самолетов. 23 февраля китайскими и советскими пилотами были перехвачены другие двенадцать японских бомбардировщиков.

Летом 1939 года, в Китай было поставлено большое количество дополнительных истребителей И-16 тип 10. Они приняли активное участие в противодействии японской стратегической кампании бомбардировок Китая, которая началась в октябре 1939 года. В ноябре того же года, группы советских добровольцев начали покидать Китай.

13 сентября 1940 года, в небе Китая впервые вступил в бой знаменитый японский истребитель Mitsubishi А6М1 «Зеро» — в этот день тринадцать этих истребителей сопровождали двадцать семь бомбардировщиков G3M2 в район Чунгкинга (Chungking). После того, как бомбардировщики, отбомбившись покинули цель, разведывательный самолет Mitsubishi C5MI радировал японским истребителям, что им была замечена группа китайских самолетов в районе Пи-шама (Pi-sham). В нее входило девять истребителей И-16 и девятнадцать И- 152 из 4-й Группы. Японские «Зеро» атаковали китайцев, добившись замечательного успеха. Тринадцать китайских истребителей было сбито, а еще одиннадцать повреждено, десять китайских пилотов погибло и восемь, включая командира 4-й Группы, было ранено.

В другом случае, восемь «Зеро», сопровождавшие двадцать семь бомбардировщиков, которые 4 октября 1940 года осуществляли налет на Ченгту (Chengtu), сбили пять из попытавшихся их перехватить И-16.

Лейтенант Болз (Bolz) из Легиона Кондор (Legion Kondor) позирует перед захваченным И-16 тип 10 на аэродроме в Сарагоссе (Zaragoza), весной 1939 года. Хорошо видна характерная особенность И-16 тип 10, оснащенного двигателем М-25В – воздухозаборник в нижней части капота «Т» – образной формы.

Этот И-16 тип 10 был передан китайским ВВС окрашенным в стандартный советский камуфляж – верх оливково-зеленый, низ светло-голубой. Самолет нес знаки национальной принадлежности только на крыле (верхней и нижней поверхностях).

Еще девятнадцать И-16 были уничтожены на земле. 7 октября 1940 года, Кунминг (Kunming) был атакован двадцатью семью японскими бомбардировщиками, сопровождаемыми семью истребителями «Зеро», которые сбили тринадцать китайских И-16 и Curtiss Hawk .

С 19 августа, до конца 1940 года, «Зеро» осуществили 153 боевых вылета, и их пилоты сбили пятьдесят девять китайских самолетов, без потерь со своей стороны. К июню 1941 года, в китайских ВВС оставалось только восемьдесят девять устаревших истребителей И-153 и И-16, которым приходилось бороться против всс возрастающего количества японских бомбардировщиков и эскортирующих их «Зеро».

Китайским истребителям редко удавалось подобраться к японским дальним бомбардировщикам, которые прикрывали «Зеро». Так 11 августа 1941 года, семь бомбардировщиков G4M1 над Ченгту (Chengtu) были атакованы китайскими И-16, однако их перехватила группа из шестнадцати «Зеро», которые сбили три И-16 (еще два, были записаны на счет стрелков бомбардировщиков). Это была последняя операция китайских истребителей в том году. По сравнению с «Зеро» китайские И-16 определенно выглядели устаревшими, и в результате китайские ВВС перестали представлять угрозу для японской авиации.

Китайские И-16 тип 10 сохраняли стандартную советскую камуфляжную окраску – верх оливково-зеленый, низ светло-голубой. Опознавательные знаки национальной принадлежности наносились только на нижней поверхности крыла. На руле – сине-белые полосы и маленький номер на хвосте.

Члены наземного обслуживающего персонала готовятся к запуску мотора истребителя И-16 тип 10 при помощи аэродромного стартера, установленного на грузовике. На этом «Моска» крыльевое вооружение снято. В ходе эксплуатации пилоты часто жаловались на низкую надежность самолетного стартера.