Испытатель дал несколько конкретных рекомендаций. Некоторые из них были сразу приняты. Против других Ильюшин возразил. Так началось творческое содружество конструктора и лётчика-испытателя.
Дальний бомбардировщик, получивший наименование ЦКБ-26, был создан весной 1936 г. Испытывал его В. К. Коккинаки. Выяснилось, что самолёт прост в управлении, обладает значительной скоростью и большим радиусом действия. «Во время одного из авиационных праздников на Тушинском аэродроме В. К. Коккинаки совершил на ЦКБ-26 петлю Нестерова, а затем повторил её над Красной площадью. 1 Мая 1936 г. Раньше подобная фигура считалась невыполнимой тяжёлого двухмоторного самолёта. Это тоже говорило о высоких лётных качествах новой машины.
Уже в 1936 г. на самолёте ЦКБ-26 Коккинаки установил пять мировых рекордов по подъёму грузов на высоту. Последний рекорд (7 сентября 1936 г. подъём 2 т груза на высоту 11 105 м) был побит только спустя десять лет американцами на четырёхмоторной «летающей крепости» Б-29.
В августе того же года второй вариант ильюшинской машины ЦКБ-30 был принят на вооружение и в следующем году под наименованием ДБ-3 стал поступать в части советской бомбардировочной авиации. С двумя двигателями М-85 по 750 л. с. этот самолёт развивал скорость 400 км в час. При этом дальность полёта с нагрузкой в полтонны составляла 4000 км.
В августе 1937 г. лётчик В. К. Коккинаки на самолёте ДБ-3 установил мировой рекорд, пролетев 5000 км по маршруту Москва — Севастополь — Свердловск — Москва с грузом в 1 т со средней скоростью 325 км в час. После ряда успешных дальних полётов ДБ-3 у конструктора и лётчика-испытателя родилась дерзкая идея: «На такой машине можно смело совершить беспосадочный перелёт из Москвы в США!»
Однако сначала было решено слетать на таком самолёте не в США, а на Дальний Восток за сутки.
В июне 1938 г. В. К. Коккинаки вместе со штурманом А. М. Бряндинским на самолёте «Москва» совершает беспосадочный перелёт Москва — Дальний Восток, преодолев расстояние в 7600 км за 24 часа 36 минут.
В конце апреля 1939 г. лётчик В. К. Коккинаки и штурман М. X. Гордиенко на самолёте «Москва» осуществили беспосадочный перелёт из Москвы в Северную Америку через Атлантический океан.
Через 23 ч после старта самолёт приземлился на острове Мискоу, пройдя более 8000 км со средней скоростью 348 км в час.
Дальние и рекордные перелёты показали выдающиеся лётные качества ДБ-3. Однако в коллективе Ильюшина и после этого продолжали совершенствовать самолёт. Так, двигатели М-85 в 1937 году заменили на М-86 мощностью 950 л. с. При этом максимальная скорость повысилась с 400 до 430 км в час. В следующем году предприняли ещё одну существенную модернизацию бомбардировщика. Носовую часть его сделали более обтекаемой. Пулемёт стрелка заменили на крупнокалиберный. Поставили и новые двигатели М-87А, по мощности равные предыдущим, зато более высотные. Модифицированный самолёт был принят на вооружение и получил наименование ДБ-ЗФ, а с 1940 г. Ил-4 (по начальным буквам фамилии создателя самолёта).
По своим лётно-тактическим данным бомбардировщик превосходил аналогичные иностранные самолёты того времени. Так, Ил-4 имел максимальную скорость 445 км в час — на 30 км больше, чем основной дальний бомбардировщик гитлеровской Германии Хе-111. Ильюшинская машина могла доставить 1000 кг бомб на расстояние 3800 км. По этим же показателям Ил-4 значительно превосходил и английские бомбардировщики «веллингтон-I» и «уитли-IV».
Бомбардировщик Ил-4 стал основной машиной нашей дальней авиации. Он применялся с первого и до последнего дня Великой Отечественной войны. На этом самолёте 26 июня 1941 г. совершил подвиг капитан Н. Ф. Гастелло со своим экипажем.
На Ил-4 советские лётчики бомбили Берлин, Кёнингсберг, Будапешт. На Северном, Балтийском и Чёрном морях самолёт использовался как торпедоносец для ударов по кораблям противника.
Всего за время войны было выпущено более 6890 самолётов Ил-4.
Однако в годы Великой Отечественной войны Сергей Ильюшин больше был известен как создатель замечательного советского штурмовика Ил-2, который гитлеровцы называли «чёрной смертью».
История создания этого прославленного самолёта представляет собой непрерывную цепь напряжённых творческих исканий. Непосредственно к проектированию машины Ильюшин приступил в 1938 году. Однако ещё задолго до этого Сергей Владимирович задумывался над возможностью создать самолёт для ударов по вражеским войскам с малых высот. Было ясно, что такой машине предстояло действовать под огнём зенитных пушек и пулемётов врага.
Как же защитить машину? Возможен только один выход — прикрыть её экипаж, одеть все уязвимые части в броню.