Примерно в это же время С. В. Ильюшин предложил на строящиеся опытные самолеты Ил-2 с мотором АМ-42 в вариантах штурмовика и «следопыта» установить по две пушки 11П, повысив тем самым их огневую мощь до уровня двухместного варианта штурмовика Су-6 М-71ф. Пушки предполагалось разместить под крылом, как это было выполнено ранее на Ил-2 АМ-38ф. Считалось, что снижение скорости полета при такой установке пушек (около 4 км/ч) с лихвой окупится значительными эксплуатационными преимуществами. Однако до декабря 1943 года никаких реальных шагов в этом направлении сделано не было.

Тем временем на заводе № 18 полным ходом шли работы по сборке самолета Ил-2 М. К началу апреля были состыкованы бронекорпус, центроплан и хвостовая часть фюзеляжа вместе с оперением. Установлено шасси. Монтировались спецоборудование и управление. В цехе имелись в наличии масло- и водорадиаторы, масло- и бензобаки, задняя стрелковая установка и большинство агрегатов и деталей, необходимых для окончательной сборки самолета. Отсутствовали только консоли крыла, «которые были заводом изготовлены, но забракованы главным конструктором», воздушный винт и летный мотор АМ-42.

В течение следующих десяти дней на самолет установили мотор, воздушный винт АВ-5л-18А диаметром 4,0 м производства завода № 35, воздушный тоннель вместе с водо- и маслорадиаторами, смонтировали водяную и масляную системы, а также «воздушную проводку управления передними огневыми точками, бомбовым и химическим вооружением».

К 20 апреля сборка самолета была закончена, и военная приемка ГУ ИАС ВВС на заводе № 18 приступила к осмотру машины. Предполагалось не позже 22 апреля «выкатить самолет из сборочного цеха и приступить к проведению предварительных заводских испытаний». Однако «начало заводских испытаний отодвинулось», так как в ходе приемки были выявлены дефекты сборки. Самолет пришлось поставить на доработку. К тому же главный конструктор самолета С. В. Ильюшин своевременно не подготовил и не выслал заводу программу предварительных заводских летных испытаний.

Планировалось, что в ходе этих испытаний завод № 18 выявит эксплуатационные особенности и выполнит полную доводку винтомоторной группы и всех самолетных систем машины, после чего передаст самолет на завод № 240 для прохождения официальных заводских испытаний.

Как следует из документов, к 1 мая были закончены наземные испытания бомбардировочного и стрелково-пушечного вооружения и самолет «перевезли в тир для горячего отстрела оружия». Все вооружение работало безотказно. Серьезные претензии были только к оборонительной пулеметной установке, так как ее отстрел произвести не удалось «ввиду задержек в механизме подтяга».

После отработки системы уборки и выпуска шасси и гонки мотора началась летная часть программы предварительных заводских испытаний.

На первой же рулежке обнаружилась «течь через манжеты цилиндровой группы (типа Ротол)» винта. Как следствие, моторное масло, попадая в корпус цилиндра, выбрасывалось «центробежной силой через стакан, смазывая резьбу стакана и лопасти, а также поверхности, обеспечивающие необходимую затяжку лопастей». Это приводило «к произвольному проворачиванию лопасти в стакане».

Устранение выявленных дефектов винтовой группы затянулось до конца мая. Поэтому полеты по программе заводских испытаний начались лишь в следующем месяце. По некоторым данным, первый полет Ил-2М выполнил 2 июня. Все полеты проводились при полетном весе 6570 кг (без бомб и боезапаса к пушкам и пулеметам).

По летным данным Ил-2М оказался значительно лучше серийного Ил-2 АМ-38ф. Максимальная скорость горизонтального полета достигала 470 км/ч – на границе высотности 2500 м и 440 км/ч – у земли. Вертикальная скорость у земли оценивалась примерно на уровне 10 м/с.

Из-за сильной тряски мотора и винта, которая обнаружилась в первом же полете, летные данные самолета в полном объеме снять не удалось. Тряска появлялась при оборотах винта 2220 об/мин и ниже. Причем «при утяжелении винта» тряска увеличивалась «до размеров, препятствующих нормальному полету». Кроме этого, «при резкой даче газа наблюдался заброс оборотов винта на 150–200 об/мин при очень быстром восстановлении (3–4 сек)». Раскрутки винта не было.

Самолет демонстрировал вполне приличные пилотажные качества. При наборе высоты, в горизонтальном полете и на планировании штурмовик был устойчив во всех плоскостях. Устойчивость оказалась даже несколько излишней. В отчете по испытаниям отмечалось, что «при возникновении крена при болтанке самолет не быстро возвращается в горизонтальное положение и требует значительных усилий для выравнивания». Эффективность триммера элерона оценивалась как недостаточная. При вводе самолета в разворот для создания крена необходимо было приложить большие усилия. Заметного запаздывания в реагировании на отклонение рулей не наблюдалось. Посадка, даже без щитков, производилась без затруднений. Отклонение рулей было вполне достаточным.

На рулежке и взлете самолет хорошо выдерживал прямолинейное движение, был «послушен к тормозам», тенденций к подъему хвоста и развороту не имел. Самолет быстро набирал скорость и отрывался от земли.

Мотор работал устойчиво без признаков детонации, показывая хорошую приемистость. Новая схема размещения водо- и маслорадиаторов оказалась вполне удачной: температура воды и масла на всех режимах полета находилась в пределах нормы. В то же время воздушный пылефильтр ЦАГИ не обеспечивал требуемых значений наддува воздуха на номинальном и взлетном режимах. Требовалось изменить его конструкцию. Для надежной работы системы охлаждения предлагалось повысить давление воды на входе в помпу путем увеличения диаметра пароотводящих трубок от блоков цилиндров до 14–16 мм (вместо 12 мм) и диаметра компенсационной трубки до 40 мм (вместо 33 мм). Кроме этого, в маслосистему самолета было необходимо ввести приспособление, обеспечивавшее «зашпринцовку масла в систему мотора перед запуском». Дело в том, что в связи с введением поддона картера «мотор значительно осушился» и при запуске работал без подачи масла (по манометру) в течение 5–10 с.