Все переделки выполнялись под контролем ОКБ Ильюшина (которому эта работа непосредственно нужна не была), но силами ОКБ Лавочкина (которому, напротив, нужна была очень). Полеты начались в 1952 г. и проходили, в общем, без особых затруднений, во всяком случае, к самолету претензий ни разу не возникло. Трудно приходилось оператору инженеру-испытателю Р.А.Разумову, зажатому в тесном, темном отсеке, но он справился отлично. Задача перед нами стояла не только в отработке станции в ее штатной комплектации, но и в отработке методики ее применения, что включало обнаружение цели и ее атаку с прицельной фотострельбой. Всего выполнили 33 полета, которые успешно завершились в декабре того же 1952 г. На этом Ил-28ЛЛ свою функцию выполнил".
В 1955 г. ОКБ Лавочкина приступило к проектированию зенитной ракеты "400", которая должна была обеспечить ПВО-крупных индустриальных центров и поражать воздушные цели с эффективной поверхностью рассеивания (ЭПР), близкой к таковой у Ил-28. Для отработки прицельных систем ракеты было принято решение о создании на базе Ил-28 беспилотной летающей мишени. В 1955-56 гг. на самолете отработали систему, обеспечивающую беспилотное выполнение взлета, набора высоты, горизонтального полета, некоторых маневров в воздухе и посадки на заданном аэродроме. Благодаря тому, что Ил-28 отличался хорошими характеристиками устойчивости и управляемости, его беспилотные варианты со стабильными характеристиками полета были созданы в короткие сроки. Ракеты "400" при первых пусках не сбили ни одного самолета-мишени Ил-28. Впоследствии эти мишени широко использовались для подобного рода экспериментов.
Для проведения метеорологических исследований в атмосфере исползовались Ил-283А (зондировщики атмосферы). На специально оборудованных "двадцать восьмых" проводили обширные исследования по отработке комплекса оборудования и снаряжения для первого полета человека в космос. В частности, на Ил-28У были проведены летные испытания и отработка катапультного устройства и системы спасения летчика-космонавта космического корабля "Восток".
В конце 50-х гг. два Ил-28Р из состава ВВС ГДР были переоборудованы на авиационном заводе в Дрездене в летающие лаборатории для отработки ТРД"014", которыми предполагалось оснастить немецкий пассажирский самолет УЕВ-152. При переделке с Илов сняли все вооружение и прицельное оборудование, включая ПСБН, рабочее место штурмана перенесли в кабину стрелка, а в носу разместили инженера-исследователя и необходимую аппаратуру. Машины получили гражданскую регистрацию DM-ZZI и DM-ZZK. После завершения программы испытаний самолеты были возвращены Народной Армии ГДР, где использовались в качестве буксировщиков мишеней. Снова вооружать их не стали, однако вернулись к штатному размещению экипажа.
Существовала подобная летающая лаборатория и в ЧССР. На самолете с бортовым номером 6915 отрабатывались чешский двигатель М-701 и доработанный АИ-25В. Экспериментальные ТРД устанавливались в хвостовой части фюзеляжа вместо демонтированной Ил-Кб, а воздухозаборник был организован на месте люка стрелка. После завершения работ над двигателями машина использовалась для испытаний новых парашютов. Ими снаряжали манекены, которых сбрасывали через бомболюк.
В СССР часть Ил-28 была подготовлена для нужд ГВФ. На них демонтировалось вооружение и прицельное оборудование за исключением ПСБН. Самолеты имели обозначение Ил-20 или Ил-28П. На них проводилась подготовка летного, технического состава и обслуживающего персонала различных наземных служб для эксплуатации реактивных самолетов, а с конца 1954 г. экипажи Аэрофлота приступили к регулярной перевозке на этих машинах почты и грузов.
С целью расширения эксплуатационных возможностей бомбардировщика Ил-28 для него было спроектировано, построено и испытано в движении по земле специальное гусеничное шасси. Оснащенный им обычный серийный самолет показал значительное улучшение проходимости на аэродромах с мягким, мокрым, покрытым водой, тающим снегом или грязью грунтом. Однако из-за сложности конструкции и большой массы такое шасси не нашло применения, а опытный самолет долгое время служил учебным пособием в одной из лабораторий МАИ.