Неделей позже, 24 числа, в воздушном бою с Фиатами погиб сержант Феликс Монге Хортикуэла. В том же бою был сбит CR.32 капрала Джованни Аккорди из группы «La Cucaracha», итальянец сел на вынужденную на своей территории. 30 ноября, в один из последних дней сражения при Эбро, «моски» сбили над Валлсом CR.32 Уго Биссаньера из группы «La Cucaracha», Биссаньер выпрыгнул с парашютом и попал в плен.

Несколько дней затишья франкисты использовали для перегруппировки своих войск. Наступление в Каталонии возобновилось 17 декабря, удар наносился в направлении Барселоны.

21 декабря с аэродрома Балле взлетели по тревоге «моски». В воздухе находилась группа бомбардировщиков Не-111Е из К/88. Хейнкели прикрывало большое количество мессершмиттов из 3J/88. Бомбардировщики без помех освободились от своего груза, а мессершмитты сбили И-16 с бортовым кодом «СМ-251» и тяжело повредили «моску» с бортовым номером «С М-170». Кроме того, буквально изрешеченным оказался И-16 с бортовым номером «СМ-165», летчик сержант Альфредо Фернандес-Виллалон был ранен в ногу и сломал несколько ребер. На следующий день в короткой схватке «моски» сбили CR.32 с бортовым номером «3-103»Рафаэля Мендизабеля Амезаги из 4-Е-З. летчик погиб. 24 декабря летчики И-16 сбили над Кастельдансом очередной Фиат, на сей раз их жертвой стал сержант Джузеппе Марин из 25-й эскадрильи группы «La Cucaracha», пилот погиб. 26 декабря пришел черед командира «Кукарачи» подполковника Дуччио Тессари, который не смог дотянуть поврежденный в бою Фиат до линии фронта. 28 декабря звено И-16 из 3-й эскадрильи в составе Франсиско Тарразоны, Хозе Бальсы и Мануэля Монтиллы атаковало над Кастельданой группу бомбардировщиков SM.79 и истребителей CR.32. Был сбит один Фиат, летчик сержант Альдо Гасперини погиб. Двумя днями позже самолеты 3-й эскадрильи сопровождали И-15 и, как обычно, вступили в бой с Фиатами и мессершмиттами. Анхел Санц закрутил сумасшедшую карусель с Фиатом, который пилотировал сержант Уго Заннер из 24-й эскадрильи группы «La Cucaracha». Республиканец оказался более удачлив — самолет Заннера упал недалеко от Фраги, летчик погиб.

4 января 1939 г. 4-я эскадрилья атаковала группу бомбардировщиков Не-11 IE. Хейнкель был сбит, но свою смерть нашел и пилот И-16 сержант Джиллермо Фернандес Альдапе. На следующий день «моски» 4-й эскадрильи дрались с Bf. 109D. Повреждения получил И-16 сержанта Франсиско Белингуэра Лладера, однако летчик дотянул машину до аэродрома Вендрелл.

4-я эскадрилья перебазировалась в Реус с задачей прикрывать высадку в Барселоне подкреплений, прибывающих в Центральную зону. На следующей день особой активности авиации не отмечалось, но И-16 с бортовым номером «СМ-222» Сабино Кортизо из 4-й эскадрильи был сбит мессершмиттами над морем недалеко от Барселоны. Ближе к вечеру пара Лопес де Санта-Мария и Лучано Табернеро Герреро атаковали группу Не-111Е и Bf. 109D. Испанцы сбили один мессершмитт. 25 января в воздух с аэродрома Ла-Гаррига поднялись последние пригодные к полетам И-16. Истребителям предстояло сопровождать И-15, конечно же они были перехвачены самолетами противника — Фиатами из «La Cucaracha». Республиканцы сбили два CR.32 — сержанта Луиджи Катены и капрала Марино Маси. Истребитель Маси стал последним CR.32, сбитым в воздушном бою гражданской войны в Испании.

Франкисты вошли в Барселону 26 января, не встретив сопротивления. Продвижение больше напоминало военный парад — республиканцы были полностью деморализованы. В тот же день столкнулся с деревом на взлете с аэродрома Ла-Гаррига сержант Лопес де Санта-Мария, летчик получил серьезные ранения, а И-16 с бортовым кодом «СМ-255» был полностью разбит. Некоторые пилоты, чьи семьи находились в восточной части Испании, 1 февраля улетели с аэродрома Ла-Гаррига. На маршруте их перехватили истребители франкистов, сбив двух -16 в районе Паламос, другие сумели добраться до Каталонии.

В последующие дни в войсках республиканцев начался коллапс. Армия распалась на мелкие отряды, прокладывающие себе путь к французской границе. Воздушные бои фактически прекратились. Уцелевшие самолеты республиканцев концентрировались на аэродромах Фигуэрас и Виллаюга. Аэродромы подвергались ударам франкистской авиации. В конченом итоге во Францию удалось перелететь всего двум И-16, остальные были уничтожены на земле в результате налетов или приведены в неисправное состояние летчиками и техниками. Некоторое количество исправных истребителей И-16 франкисты смогли захватить на других аэродромах.

В конце 1938 г. используя богатый опыт ремонта и восстановления «мосок», на заводе SAF-15 началось серийное производство И-16 тип 10. Известно, что до конца года завод выпустил несколько самолетов, получивших бортовые коды, начинавшиеся на «СН». Фотографий этих истребителей не сохранилось, не известно как они были окрашены. Франкисты обнаружили на заводе в Ла-Рабаса значительное количество истребителей И-16 на разных стадиях изготовления, кроме того, на заводе хранились большие запасы двигателей и запасных частей. Новым хозяевам удалось собрать 30 истребителей, еще 22 И-16 в исправном состоянии было захвачено в качестве трофеев. Таким образом, на вооружение Ejercito del Aire поступило 52 истребителя И-16, последние два из них списали только в 1953 г.

Первые прибывшие в Испанию истребители И-16 не имели маркировки, в каждой эскадрильи наносили бортовые номера на свой лад. Номера черного или белого цвета писали на руле направления, иногда рулевые поверхности окрашивались в цвета государственного флага Республики. В мае 1937 г. была установлена единая система идентификации истребителей, в соответствии с которой кодировка самолетов И-16 начиналась с литер «СМ». Насколько известно, кодировка начиналась с «СМ-001» и заканчивалась «СМ-272». Чаще всего буквы и цифры идентификационного кода писались черным цветом на фоне красной полосы, накрашенной вокруг фюзеляжа. Известны случаи смешанного написания черных и белых литер, обычно буквы черного и цифры коды белого цвета имели самолеты командиров эскадрилий. Полностью белой краской был написан бортовой код «СМ-193» на истребителе Хозе Марии Браво. Самолеты производства SAF-15 несли идентификационные коды, начинавшиеся с «СН».

Истребители окрашивались по стандартной схеме ВВС РККА: борта фюзеляжа, киль, верхние поверхности крыла и стабилизатора — зеленые, низ — светло-голубой. «Моски» испанского производства получили камуфляжную окраску из неправильных зеленых пятен по основному тону цвета охры, нижние поверхности — светло-голубые. Общий рисунок камуфляжа напоминал камуфляжную окраску бомбардировщиков СБ-2. Все самолеты если красную полосу вокруг фюзеляжа и полосы цвета республиканского триколора на руле направления. Известны случаи нанесения красных полос вокруг плоскостей крыла на самолетах И-16 тип 5, на истребителях И-16 тип 10 красным цветом окрашивались законцовки крыла. Капоты двигателей отдельных самолетов окрашивались в матовый черный цвет.