В начале 1942 г. для обмена опытом боевого использования штурмовиков была организована конференция фронтовых лётчиков, лётчиков-испытателей и конструкторов коллектива С. В. Ильюшина. Все выступавшие фронтовики единодушно просили: «Нужно оборонительное вооружение для отражения атак вражеских истребителей сзади!» Высказывались пожелания увеличить эффективность пушечного вооружения и повысить мощность двигателя.
О пожеланиях фронтовиков было доложено Верховному Главнокомандующему. В феврале 1942 г. И. В. Сталин вызвал С. В. Ильюшина:
«Делайте, что хотите, но конвейер останавливать не разрешаю. Немедленно дайте фронту двухместные самолёты...»
В конструкторском бюро энергично взялись за новое задание. Впоследствии Сергей Владимирович вспоминал:
«Мы работали как одержимые. Спали, ели прямо в КБ. Ломали голову: как, не меняя принятой технологии, перейти на изготовление машин с двухместной кабиной».
Новую технологию изготовления двухместных самолётов без остановки конвейера разработали в рекордно короткие сроки. Уже в октябре 1942 г. на Центральном фронте были успешно применены двухместные штурмовики Ил-2. Кроме лётчика на борту размещался прикрытый бронёй стрелок, вооружённый 12,7-мм пулемётом. Сразу же эффективность нападения вражеских истребителей сзади резко снизилась.
После войсковых испытаний новой машины стало ясно, что Ил-2 с задней стрелковой установкой может быть эффективно использован в штурмовых частях ВВС и способен выполнять боевые задачи без прикрытия истребителей. Были учтены и другие пожелания лётчиков-фронтовиков. Так, вместо пушек ШВАК поставили более мощные пушки ВЯ. Установили также форсированный двигатель АМ- 38Ф мощностью 1750 л. с. Были улучшены и аэродинамические свойства самолёта, что позволило увеличить скорость и довести её до 400 км в час у земли.
В немецко-фашистской армии не было самолёта, похожего по своим боевым качествам на ильюшинский штурмовик. В 1942 г. по личному приказу Гитлера в Германии организовали специальный Инспекторат штурмовых самолётов, в задачу которого входила разработка самолётов-штурмовиков, аналогичных советскому Ил-2.
Вначале гитлеровцы решили приспособить для штурмовиков пикирующие бомбардировщики Ю-87 и истребитель ФВ-190. Однако из-за слабой броневой защиты они не способны были действовать на малых высотах, а с 2000—3000 м их огонь был малоэффективен. Созданный фирмой «Хеншель» «истребитель танков» ХШ-129 также не мог соперничать с Ил-2, уступая ему в скорости, живучести и дальности полёта.
Когда в 1943 году на Курской дуге немецко-фашистское командование бросило в бой новейшие танки Т-V «пантера» и Т-VI «тигр» с увеличенной толщиной брони, их атаковали Ил-2, вооружённые двумя 37-мм пушками, надёжно пробивающими верхнюю броню фашистских танков. В тот же день противника ждал новый сюрприз: советские лётчики впервые применили кумулятивные бомбы ПТАБ-2,5— 1,5, прожигавшие броню любых вражеских танков. Только за один день лётчики 291-й штурмовой авиадивизии полковника А. И. Витрука уничтожили этими бомбами 30 вражеских танков.
В ходе войны штурмовики постоянно совершенствовались.
Ильюшин прислушивался к мнению лётчиков-фронтовиков и как можно скорее старался выполнить все их пожелания.
В трудных условиях войны коллектив под руководством С. В. Ильюшина значительно упростил и конструкцию бомбардировщика Ил-4. Кроме того, ввиду дефицита металла кабину штурмана, хвостовой обтекатель и консоли крыльев стали изготовлять из дерева. Несмотря на некоторое увеличение массы, благодаря двигателю М-88Б мощностью 1100 л. с. скорость уменьшилась всего на 6 км в час.
Словно не замечая успехов штурмовиков в боях и восторженных отзывов лётчиков-фронтовиков, С. В. Ильюшин продолжал работать над созданием более совершенных машин.
На базе Ил-2 почти одновременно конструировались ещё два новых типа штурмовиков. Один из них — Ил-8 отличался более тяжёлой бронёй и мощным вооружением, второй, впоследствии получивший наименование Ил-10, — повышенной скоростью и маневренностью. Он был оснащён мощным двигателем АМ-42 в 2000 л. с., имел на вооружении четыре 23-мм пушки. Стрелок самолёта вместо крупнокалиберного пулемёта получил 20-мм пушку на турели. Была также значительно улучшена аэродинамика машины, благодаря чему лобовое сопротивление уменьшилось вдвое по сравнению с Ил-2
В сочетании с более мощным двигателем это позволило увеличить скорость до 500 км в час у земли и 550 км в час на высоте 2800 м. В августе 1944 г. самолёт Ил-10 после государственных испытаний был запущен в серийное производство и с февраля 1945 г. уже успешно применялся в боях.
В дальнейшем создаются опытные штурмовики Ил-16 и Ил-20
Всего за годы Великой Отечественной войны было построено более 41 000 штурмовиков конструкции С. В. Ильюшина. Такого количества самолётов не приходилось выпускать ни одному конструктору мира!