Работу в НТК ВВС С. В. Ильюшин сочетал с активным сотрудничеством в журнале "Самолет", который являлся в те годы основным печатным органом, освещавшим вопросы конструирования летательных аппаратов, главным образом легкомоторной авиации. Позже Сергей Владимирович работал на научно-испытательном аэродроме ВВС, в 1931 г. перешел в ЦАГИ, который к тому времени стал ведущей научной и экспериментальной организацией, определявшей основные направления и перспективы развития авиационной техники и помогавшей конструкторским бюро в создании самолетов определенных типов. В институте рассчитывались и проверялись исходные данные будущих летательных аппаратов.

В 1933 г. было образовано Центральное конструкторское бюро (ЦКБ), отдельные бригады в котором возглавили С. В. Ильюшин, Н. Н. Поликарпов, Д. П. Григорович и другие конструкторы. Сергей Владимирович занимался в этом бюро и решением административных вопросов, фактически являясь его руководителем.

Первая половина тридцатых годов характеризовалась осложнением международной обстановки и приходом к власти фашистов в Германии и Италии. Вопросы укрепления обороноспособности страны и оснащения Вооруженных Сил совершенной боевой техникой имели для молодого Советского государства первостепенное значение. В связи с этим необходимость создания первоклассных бомбардировщиков приобретала особую актуальность. Правительство приняло решение помимо самолетов этого типа, разрабатываемых в конструкторском бюро А. Н. Туполева, поручить создание подобного самолета ЦКБ, в частности бригаде С. В. Ильюшина. В 1936 г. был выпущен самолет ЦКБ-26, а затем группой молодых специалистов под руководством Ильюшина создается более совершенная модификация этой машины - ДБ-3. Этот усовершенствованный самолет был принят на вооружение Военно-воздушных сил и запущен в серийное производство. В 1937 г. на нем удалось установить несколько рекордов высоты полета с различными грузами, а в 1938 и 1939гг. были совершены рекордные перелеты. За один из них протяженностью 8000 км из Москвы в Северную Америку ФАЙ наградила летчика В. К. Коккинаки брильянтовым ожерельем как первооткрывателя трансатлантической трассы. Модификация машины ДБ-3 под наименованием Ил-4 имела дальность полета 3800 км, потолок 9700 м и максимальную скорость полета 430 км/ч. На Ил-4 устанавливались два двигателя воздушного охлаждения М-88, которые были разработаны группой советских специалистов под руководством В. Я. Климова по лицензии, полученной от французской фирмы. Специально доработанные двигатели имели мало общего со своим прототипом, а по мощности значительно превосходили его (1100 л. с. против 750 л. с.). Надежность их, обусловленная отсутствием жидкостной системы охлаждения, и неуязвимость для зенитной артиллерии противника оказались очень высокими. Самолет мог поднимать до 2500 кг бомб и в годы Великой Отечественной войны применялся для нанесения ударов по оперативно-стратегическим объектам в тылу противника. В начале войны Ил-4 совершал бомбовые налеты на Берлин, Дрезден, Штеттин, Кенигсберг, Данциг и другие города фашистской Германии, а также использовался в качестве фронтового бомбардировщика для уничтожения живой силы и боевой техники противника. Массовое производство самолетов типа Ил-4, имевших высокие боевые качества, превысило пять тысяч единиц.

В период Великой Отечественной войны руководимое С. В. Ильюшиным конструкторское бюро разработало и построило самолет Ил-6, который в качестве силовой установки имел двенадцатицилиндровые дизельные двигатели АЧ-3ОБ. Особенностью их являлся малый расход топлива, к тому же это был не бензин, а тяжелое дизельное топливо (менее пожароопасное и менее дефицитное), количество которого вследствие его большой плотности увеличивалось при тех же емкостях самолета. Ил-6, больший по размерам, чем Ил-4, имел на борту мощное оборонительное вооружение - пять пушек. Дальность полета достигала 4000 км при скорости 465 км/ч. Однако при столь высоких характеристиках недоведенность и трудность освоения двигателей препятствовали запуску самолета в серийное производство и применению в боевых условиях.

Еще до начала войны ОКБ Ильюшина приступило к проектированию самолета-штурмовика{3}. Это был широко известный в военные годы Ил-2, Конструктору удалось найти нужное сочетание аэродинамической компоновки, устойчивости и управляемости с достаточным запасом мощности двигателя и рациональной схемой бронирования всех жизненно важных частей самолета.

Сочетание скорости и маневренности, дальности и бомбовой нагрузки, огневой мощи наступательного оружия, средств защиты и неуязвимости - такова была задача при создании самолета-штурмовика, С. В. Ильюшину удалось создать самолет, отвечающий наиболее оптимально этим противоречивым требованиям.

Как это часто бывает в технике, проектирование штурмовика, который должен был удовлетворять предъявляемым к нему требованиям, началось на основе опыта, накопленного при создании и летных испытаниях ранее выпущенных бомбардировщиков, а самолетов - истребителей танков еще не было. Для самолета подобного типа главным являлось бронирование жизненно важных частей машины, поэтому броня (разной толщины на разных участках) была включена в силовую схему планера самолета, заменив каркас и обшивку всей носовой и средней частей фюзеляжа. В ее контуры были вписаны силовая установка, кабина экипажа, радиаторы и бензиновые баки. Большие трудности представляло обеспечение широкого диапазона скоростей и достаточной маневренности (особенно при полетах на максимальной скорости), которые необходимы на малых высотах при поддержке наземных войск пулеметным, пушечным, ракетным и бомбардировочным вооружением.

Самолет Ил-2, построенный в 1939 г., довольно быстро прошел испытания и уже в 1940 г. был готов к запуску в серийное производство. Однако из-за недооценки некоторыми специалистами летных и боевых характеристик этого самолета Ил-2 выпускался небольшими партиями. Кроме того, спорным оставался вопрос о количестве членов экипажа, поэтому вначале в производство была запущена одноместная машина. Однако практика применения самолета и его участие в первых же боевых действиях в начале войны доказали необходимость иметь второго члена экипажа (стрелка) для защиты самолета. Вскоре производство самолетов увеличилось, и уже зимой 1941 г. при контрнаступлении под Москвой штурмовики Ил-2 способствовали разгрому танковых соединений противника. В 1942 г. двухместная схема самолета полностью определилась. На нем был установлен также двигатель А. А. Микулина, но более мощный (1760 л. с.), взлетная масса самолета составляла 6360 кг, вооружение состояло из двух пушек калибра 37 мм (один из вариантов).

В период Великой Отечественной войны было построено более 41000 самолетов Ил-2 и его модификаций, выпуск их производился на многих заводах страны.

В истории боевой авиации Ил-2 явился родоначальником нового класса боевых машин, определив новую тактику их применения, В связи с этим С. В. Ильюшин писал в годы войны, что в нашей стране теория генерала Дуэ{4} отвергалась как необоснованная и ошибочная. Советские специалисты считали, что Военно-воздушные силы имеют большое значение как род оружия, взаимодействующий с наземными войсками, и предназначены для выполнения самостоятельных операций. Тем не менее Военно-воздушные силы не в состоянии самостоятельно решить исход войны. Опыт второй мировой войны подтвердил правильность этой точки зрения. Исход военных действий решают многомиллионные армии, оснащенные всеми видами современной техники, в том числе и авиационной. Идея оперативного взаимодействия штурмовой авиации с наземными войсками для поражения живой силы противника, его боевой техники и средств транспорта и явилась отправным моментом в ходе создания самолета такого типа, в значительной степени определив поиск оптимального решения.

Самолет был грозным оружием. Ведя огонь из пушек и пулеметов, применяя реактивные снаряды и бомбы, штурмовики уничтожали живую силу и технику противника, сеяли страх и смятение в стане врага. В гитлеровской армии эти машины называли "черной смертью".

Помимо превосходных летных и боевых качеств самолет Ил-2 отличался исключительной надежностью и живучестью. Одна из машин, совершившая более 150 вылетов, получила за время боевых действий около шестисот пробоин, серьезные повреждения крыла, хвостовой части фюзеляжа, оперения, однако неизменно возвращалась на свой аэродром.