Отражая налет Ju-52 на порт Эль-Мусель, 19 сентября погиб Элой Гонзалез. Прежде чем его сбили, Гонзалез успел уничтожить один Юнкере. Бомбардировщики потопили в акватории порта эсминец «Кискар», которые должен был эвакуировать высшее руководство республиканцев в этом районе страны.
Были сбиты и погибли 30 сентября Андрее Родригес Анадеро и Дэниэль Ранц дее Артакоц. К 9 октября пригодными к полетам оставались всего два И-16, на которых летали Хуэрта и Таразона. 14 октября самолет Таразоны сбил мессершмитт, испанец получил ранения, но остался жив. В боевом строю осталась всего одна «моска» Хуэрты. На самолете Хуэрты перелетел во Францию, на аэродром Биарицц, Дуис де Фрутис. К 21 октября сопротивление республиканцев в Северной зоне было окончательно сломлено. В числе других трофеев франкистам достались четыре И-16.
Ранее описанных выше событий, в надежде ослабить давление франкистов в Северной зоне командование республиканцев предприняло несколько отвлекающих ударов в секторах Ла-Гранья-де-Сан-Ильдефонсо, Сеговия и Уэска. 2 июня «моски» выполнили несколько боевых вылетов в район Ла-Граньи, среди других пилотов в вылетах принимали участие двое добровольцев из США: Фрэнк Тинкер и Альберт Баумлер, последний больше известен под прозвищем «Аякс». Тинкер обычно летал на истребителе с бортовым номером «23», реже — на И-16 с бортовым номером «65». «Штатным» самолетом Баумлера являлся И-16 с бортовым номером «22», он также летал на «моске» с бортовым номером «70». Американцы прозвали И-16 «моно» — от «моноплана». За день пара янки сбила три истребителя франкистов, самолет Баумлера получил серьезные повреждения хвостового оперения. Пилот франкистов Хесус Рубио Паз сбил один И-16. 3 июня «моски» из 2-й эскадрильи провели несколько воздушных боев с Фиатами. Гарсия Морато сбил И-16, который пилотировал Григорий Плещенков, летчик спасся на парашюте. Маззаредо Тренеру победу засчитали как вероятную. В свою очередь один CR-32 сбил Валентин Ухов.
10 июня 1937 г. бои в небе Ла-Граньи утихли, поэтому вооруженные «москами» 1-ю и 3-ю эскадрильи перебросили из Алкалы в Барбастро, провинция Арагон. Эскадрильями командовали Валентин Ухов и Александр Лакеев. Исключая Тинкера и Баумлера, все пилоты в 1-й и 3-й эскадрильях были русские. В Барбастро «моски» добирались с промежуточной посадкой в Валенсии. Уже вечером того же дня И-16 сопровождали бомбардировщики в налете на Сарагосу. В ожесточенном бою с Фиатами республиканцы потеряли пять самолетов: один Потез-540, два И-Z и два И-16. Истребители сбили Мануэль Васкуэс Сагацизабель и Аристидес Гарсия. На следующий день летчики И-16 выполнили пять вылетов на сопровождение бомбардировщиков СБ-2, в каждом полете летчикам пришлось вступить в бой с Фиатами франкистов. По одному И-16 записали на свой счет Аристидес Гарсия, Мигуэль Гарсия Прадо и Нарцисо Бермудез де Кастро.
Крупный воздушный бой имел место 15 июня, когда «моски» Минаева прикрывали И-15. Самолеты республиканцев подверглись атаке истребителей CR-32. Летчики И-16 записали на свой счет шесть побед, потери составили один И-15 и три И-16.16 июня бомбардировщики СБ-2 нанесли удар по Уэске, «Катюши» прикрывала группа И-16. Как обычно, самолеты республиканцев перехватили Фиаты. Мануэль Васкуэс Сагацизабель сбил одну «моску», пилот которой выпрыгнул с парашютом. 18 июня истребители CR-32 вновь перехватили над Уэской группу СБ-2, P-Z и И-15. Прикрывавшие ударные самолеты «моски» сбили пять истребителей франкистов. В тот же день летчик 3-й эскадрильи Личников был сбит прямо над аэродромом Кампо-Реал. Личников облетывал И-16 после ремонта, летчик погиб. 19 июня пал Бильбао, после чего атаки на Уэску потеряли смысл. На следующий день эскадрилья Тинкера покинула аэродром Лос-Альказарес и перебазировалась в Лирию.
В ночь с 5 на 6 июля началось крупнейшее наступление республиканцев.
Принимавшие в нем участие «моски» базировались на аэродромах Алкала-де-Хенарес, Бараяс и Манзанарес-де-ла-Сиерра. 6 июня в бою с Фиатами капитана Гарсия Морато был сбит И-16 Григория Хозяинова, Хозяинов выпрыгнул с парашютом. На следующий день над Севильей-ла-Нуэва и Брунете были сбиты Фиаты 2-го лейтенанта Марио Верчелло, капрала Джино Пассери и сержанта Альфонсо Маттеи. Все CR-32 принадлежали 19-й эскадрилье группы «Asso de Bastoni». Раненый командир группы майор Жезуз Рубио привел поврежденный в бою истребитель на базу. В течение последующих двух дней успеха в воздушных боях не сумела добиться ни одна из сторон. 10 июля «моски» сбили Фиат с бортовым номером «3-56», который пилотировал Жезуз Рубио, Рубио выпрыгнул с парашютом над территорией, контролируемой франкистами.
Звено «Patrulla Azuf» в составе Гарсия Морато, Гарсия Пардо и Бермудеза де Кастро 12 июля вступило в бой с тремя И-16 и несколькими И-15. Бермудез де Кастро на Фиате с бортовым номером «3-62» был сбит недалеко от Виллануэва-де-ла-Каньяда, республиканцы лишились всех трех И-16. В числе сбитых оказались командир 1-й эскадрильи Александр Минаве и американец Альберт Баумлер. Оба выпрыгнули с парашютами и приземлились в расположении своих войск. На следующий день отличился Фрэнк Тинкер, отправивший на землю Bf. 109 из J/88, мессершмитт пилотировал унтер-офицер Гвидо Хюнесс. Немецкий истребитель упал в окрестностях Виллаверде. 14 июля летчики И-16 летали на прикрытие ударных самолетов P-Z, но не смогли их защитить. Фиаты из «Patrulla Azuf» сбили пять «Наташ». Через четыре дня «моски» уничтожили еще один мессершмитт, летчик Bf. 109B унтер-офицер Хаарбах воспользовался парашютом, а после приземления попал в плен. Тогда же над Эскориалом был сбит и CG.32 капрала Джузеппе Молло из 26-й эскадрильи XVI группы «La Cucaracha». Республиканцы потеряли два И-16 прежде чем «Patrulla Azuf» перевели на другой участок фронта.
18 июля франкисты перешли в контрнаступление, воздушные бои в последующие дни не утихали. 19 июля противники потеряли по одному самолету (И-16 и Не-51), 20 и 22 июля было сбито по одному И-16. 24 июля «моски» перехватили выполнявший разведывательное задание бомбардировщик Дорнье Do-17F, поврежденный разведчик с трудом вернулся на базу. В тот же день были сбиты Не-51 ефрейтора Эрнста Фридриха Рюйтера и Фиат CR.32 капрала Энцио Маччани, Рюйтер и Маччани попали в плен. С взятием франкистами 25 июля Брунете сражение завершилось.
22 августа республиканские войска предприняли новое наступление в том же секторе с целью захвата Сарагосы. Действия сухопутных войск активно поддерживали истребители и бомбардировщики. В операции приняло участие три эскадрильи И-16. 1-я эскадрилья была полностью укомплектована советскими летчиками, она базировалась в Эскатроне. 3-й и 4-й эскадрильями командовали Борис Смирнов и Николай Смелков, оба подразделения дислоцировались на аэродроме Каспи. В составе 3-й эскадрильи числились испанцы Эдуарде Клодин, Мануэль Агирре, Антонио Ариас, Жозе-Мария Браво, Жозе Аларко, Жозе Химинес Мараньон, Мариано Паласиос и Луис Сааведра. Первые четверо вскоре стали командирами эскадрилий, в то время как Браво принял командование 21-й группой (21 Grupo de Moscas).
Противостояла республиканским истребителям итальянская группа «Asso de Bastoni», которую перебросили в этот район 24 августа, на следующий день прибыли самолеты Гарсия Морато из «Grupo Azul». Летчики Морато базировались в Алвамьене, итальянцы — в Санджурджо. 25 августа итальянцы провели первый воздушный бой с И-16, схватка получилась безрезультатной для обоих сторон. На следующий день активность авиации усилилась, однако в воздушных боях со стороны республиканцев принимали участие в основном «Чато», поскольку пилоты И-16 не отвлекались от выполнения главной задачи — эскортирования бомбардировщиков. 2 сентября летчики И-16 сбили Не-51 Альфереза Мариано Рюйца де Алды. 6 сентября Бельчите пал.
В последующие недели затишья в воздушной войне так и не наступило, однако «моски» в боях участия не принимали. Два ожесточенных воздушных боя имели место 12 октября над Пуэбло-де-Албортоном и Сарагосой. Республиканцы потеряли четыре И-16: самолеты с бортовыми кодами «СМ-150» и «СМ-156» были сбиты, а машины «СМ 142» и «СМ-146» пришлось списать после вынужденных посадок. В то же время XVI группа «La Cucaracha» лишилась пяти Фиатов. В плен попали 2-е лейтенанты Роберто Босчетто и Франческо Леончини, сержант-майор Уго Корсики, сержанты Джузеппе Риголи и Алесио Нери погибли. Босчетто посадил свой истребители в расположении республиканцев, так что последние захватили и летчика, и самолет. В том же воздушном боя ранения получили капитаны Гвидо Нобили и Эрнесто Ботто, обоим стоило больших трудов вернуться на базу. Командиру 32-й эскадрильи Эрнесто Ботто пришлось ампутировать правую ногу. Заменив плоть протезом Ботто впоследствии командовал VI группой «Gambo di Ferro». 15 октября состоялся исключительно удачный налет истребителей И-15 на аэродром Гарапинильос, ударные самолеты прикрывали «моски». На время воздушные бои в этом секторе фронта прекратились, но 29 ноября был сбит И-16 с бортовым кодом «СМ-110», летчик Пабло Сален Бакуэро потерял руку. После госпиталя Бакуэро стал инструктором в планерной школе республиканцев.
