Do początku 1940 roku w zakładach w Charkowie i Saratowie zbudowano 493 samoloty R-10. Pierwsza seria jednakże wykazywała pewne problemy związane z etapem dopracowywania konstrukcji oraz ze średnią jakością produkcji, a 24 grudnia 1937 rozbił się jeden samolot. Stało się to powodem aresztowania przez NKWD części członków biura konstrukcyjnego, a w końcu, 11 grudnia 1938 samego Niemana, pod zarzutami sabotażu i szpiegostwa (został on następnie skazany na 15 lat łagru, w więzieniu pracował z Tupolewem nad bombowcem Tu-2, lecz 19 lipca 1941 został zwolniony).
W 1938 testowano wariant ChAI-5bis z mocniejszym silnikiem M-25E, który rozwinął prędkość maksymalną 425 km/h. W 1938 również opracowano samolot szturmowy ChAI-52, bazujący na R-10, wyposażony w silnik M-63 o mocy 900 KM (670 kW) i uzbrojony w 7 km-ów i 400 kg bomb. Przygotowywano produkcję doświadczalnej serii 10 samolotów, lecz anulowano ją po aresztowaniu Niemana.
Niektóre z produkcyjnych modeli R-10 zostały wyposażone w mocniejsze silniki M-88, M-62 lub M-63.