Последний летавший вариант «Звена», 3–7, состоял из носителя ТБ-3 4М-34РН, двух истребителей И-16 на подвеске под крылом и третьего такого же под фюзеляжем, — все они могли причаливать к авиаматке в полете. Поликарпов осознавал, что И-16 уже исчерпал резервы к дальнейшему совершенствованию, и предлагал новый «паразитный» истребитель ЦКБ-33, модификацию обтекаемого моноплана И-17 с мотором М-100А. За счет уменьшения крыла его скорость получалась еще выше, чем у базового варианта, и должна была превышать 550 км/ч, но самого Вахмистрова и это уже не устраивало. Он считал, что причиной того, что в войсках его «Звенья» до сих пор не применяются, являются низкие летные данные подвесных самолетов, и сам принялся проектировать такой самолет, названный И-3 («истребитель-звено», в документах писали также «И-3е», чтобы подчеркнуть, что это не цифра «три», а буква). Цельнометаллический моноплан имел крыло типа обратная чайка с минимальными размерами и обтекаемые формы. Но КБ Вахмистрова не могло справиться с такой работой, и самолет И-3 построен не был. Не была реализована и специальная составная модификация нового четырехмоторного бомбардировщика АНТ-42.
К началу Великой Отечественной войны 5 носителей ТБ-3 системы СПБ числилось в 18-м транспортном авиаотряде, а самолеты И-16СПБ — в 32-м истребительном авиаполку ВВС Черноморского Флота. В августе 1941 года было решено использовать их для бомбардировки порта Констанца, который имел сильную противовоздушную оборону. Два «Звена» выпустили свои И-16СПБ за 40 км от румынского берега. Зенитчики не ожидали появления скоростных и маневренных одномоторных самолетов, и «ишаки» уложили все фугаски в нефтехранилище. Но в следующем налете 6 И-16СПБ хотя и повредили несколько транспортов на рейде Констанцы, но и сами понесли большие потери — домой не вернулись четыре пикировщика.
11 августа состоялась самая знаменитая акция с участием «Звена» — удар по стратегически важному мосту через Дунай у железнодорожной станции Черноводы: летчик И-16 уложил свои бомбы в средний пролет моста, одновременно разрушив нефтепровод, шедший под полотном моста. А через два дня еще один СПБ разбил попаданием ФАБ-250 одну из опор этого же моста, несколько дней кряду остававшегося неуязвимым под ударами дальних бомбардировщиков Ил-4.
Самолеты И-5 на "спине" бомбардировщика-носителя
Далее «звенья» не без успеха работали по переправам у Каховки, позициям противника у Перекопа И-16СПБ были практически единственными пикирующими бомбардировщиками на том театре военных действий, так как экипажи Пе-2 не были достаточно подготовлены и бомбили с горизонтального полета с худшей точностью. Изредка действовали и по дальним целям — потопили плавучий док судоремонтного завода в Констанце, вызвали большой пожар на нефтеперегонном заводе в Плоешти и т. д. По ходу дела И-16СПБ оснастили подфюзеляжными баками на 95 кг бензина, на носителях ТБ-3 усилили бронезащиту, Вахмистров предлагал поставить дополнительные пулеметы, а ШКАС'ы заменить крупнокалиберными У Б-12,7, но это сделано не было. Что интересно, «цирк Вахмистрова», как назвали систему «Звено» летчики еще в начале тридцатых, работал качественно и без аварий. Но малочисленность «звеньев» не позволяла сыграть им достаточно весомую роль в Великой Отечественной войне, и они так и остались уникальным экспериментом…