Появлению И-16 тип 29 способствовал тот факт, что советскими оружейниками был разработан новый, более эффективный пулемет УБ конструкции Березина, калибра 12,7 мм. КБ Поликарпова получило задание установить новый пулемет УБ на истребитель И- 16. Новая машина была обозначена как И-16 тип 29, Она прошла Государственные испытания в 1940 году, и была запущена в серийное производство на заводах №№ 21 и 153.
И-16 тип 29 разрабатывался на базе планера И-16 тип 24, и главное его отличие состояло в новом вооружении. Пулемет УБ имел скорострельность 700- 800 выстрелов в минуту, скорость пули 840 метров в секунду. Имелось два основных варианта пулемета УБ: пулемет Березина УБС (синхронизированный) и пулемет Березина УБК (крыльевой). Пулемет мог вести огонь боеприпасами трех типов: с обычной пулей (головка черно-желтого цвета), трассирующей пулей (фиолетово-красная головка) и зажигательной пулей (черно-красная головка).
Установка нового пулемета УБС в нижней части фюзеляжа, под капотом двигателя привела к необходимости переместить нижний воздухозаборник на правую сторону. Поэтому если воздухозаборник на И-16 тип 24 был «Т» – образной формы, то И-16 тип 29, имел увеличенный совок заборника с правой стороны капота.
Многие И-16 тип 29 прямо на сборочной линии оборудовались радиостанцией РСИ-3. Самолет с радиостанцией мог быть идентифицирован по мачте антенны на правой стороне фюзеляжа, перед козырьком кабины пилота.
Большинство И-16 тип 29 использовалось в роли самолетов поддержки наземных войск, поэтому под крыльями имелись крепления для шести направляющих РО-82 (по три под каждым крылом). Эти направляющие использовались для установки реактивных снарядов РС-82. Хотя стандартной считалась установка трех направляющих, многие И-16 тип 29 были оборудованы четырьмя такими направляющими.
Значительное количество И-16 тип 29 имело также бомбодержатели, размещенные на крыле с внутренней стороны от РО-82. На них могли подвешиваться бомбы до 100 кг. Типы бомб включили фугасную ФАБ-50 или бомбы ФАБ-100, АО-10, АО-20М или ФАБ-50М, или зажигательные бомбы ЗАБ-50ТГ. Эти бомбы обычно окрашивались в серый цвет, а тип бомбы указывался цветной маркировкой на ее носу. Бронебойные бомбы имели желто-красные полосы, фугасные – зеленые и синие полосы. Эти И-16 могли также нести химические бомбы, типа ЧАБ-25, АОЧ-15. Химические бомбы, маркировались желто-синей полосой. Полностью загруженный в И-16 тип 29, с подкрыльевыми топливными баками и вооружением имел максимальную скорость 382 км/час на уровне моря и 429 км/час на высоте. По сравнению с современным ему немецким Messerschmiit Bf-109F, истребитель И-16 тип 29 имел существенно более низкие летные данные, за исключением маневренности в ближнем бою.
И-16 шип 29 выруливает со стоянки, осень 1941 года. Самолет имеет два бомбодержателя, которые видны с внешней стороны стоек шасси.
Персонал Luftwaffe осматривает стоящий ни козлах И-16 тип 29 (тактический номер «2», белый). Этот самолет имеет фотокамеру под правым крылом.
Развитие И-16 главным образом определялось появлением новых двигателей. В процессе развития от первоначального И- 16 тип 5 к завершающей модификации тип 29, максимальная скорость увеличилась очень незначительно, тогда как скороподъемность улучшилась боле заметно, благодаря более мощным двигателям М-62 и М-63 и воздушному винту переменного шага АВ- 1. Платой за это стало постепенное ухудшение горизонтальной маневренности, что было вызвано увеличением веса истребителя. Основной причиной, того, что максимальная скорость, никогда резко не увеличивалась, являлось то, что новые двигатели давали относительно небольшое приращение мощности. За весь период производства И-16, мощность его двигателя была увеличена примерно только на 12%, в то время как мощность двигателя немецкого истребителя Messerschmitt Bf-109 увеличилась на 67%. Хотя двигатели М-62 и М-63 и были лучшими из семейства однорядных радиальных двигателей воздушного охлаждения, они не имели никакой дальнейшей перспективы развития.