Принимая во внимание скорострельность этого оружия — 1050 выстрелов в минуту — такого запаса патронов хватало только на … 8.5 с залп! Это позволяло давать только 2–3 очереди по атакующим истребителям противника.
Кроме переделки района кабины были так же выполнены еще различные модернизации относительно одноместной машины: например изменена топливная система (Однако весьма вероятно, что это изменение было введено позднее) благодаря чему каждый самолет заправлялся не за 25 минут, как до этого, а только за 8 минут.
С целью обеспечения модификации самолетов, техническая документация на оборудование нового места стрелка была разослана в ремонтные подразделения всех воздушных армий, где с октября приступили к работам по модернизации, руководствуясь заводской документацией или используя сходные решения. Серийное производство первых двухместных «летающих танков» было начато в октябре 1942 г. Эти самолеты не получили какого-либо дополнительного обозначения (постоянно употребляемые названия Ил-2М или, что тоже самое Ил-2М), а отличались только очередным номером серии. Уже в середине ноября 1942 г., перед контрнаступлением под Сталинградом, в 267 ШАД из 17 ВЛ насчитывалось 66 таким образом переделанных штурмовиков, несколько меньшим их количеством располагала 288 ШАД из 16 ВЛ. и несколько больше их находилось в различных полках 8 ВА.
Эти Ил-2 Тип 3 имеют увеличенный фонари задней кабины, который устанавливался на Ил-2 Тип 3, но еще короткую мачту антенны. Тактический номер — белый 75, на втором самолете не дорисован.
Строй Ил-2 Тип 3 из 281 ШАД, 14-й В А. Самолет па первом плане имеет тактический номер 17 (белый) на хвостовом стабилизаторе и номер 66 (белый) на задней части фюзеляжа. На киле нарисовано красное сердце в тонкой белой обводке. Самолет имеет вентиляционные окошки в задней части фонаря, что обычно для Ил-2 Тип 3 с фонарем такого типи.
Вначале этот новый тип Ила имел тот же двигатель АМ-38, но уже с новым винтом АВ-5Л-158 с увеличенным до 3,6 м диаметром лопастей. Однако очень скоро на него стали устанавливать несколько более мощный вариант двигателя — АМ-38Ф (поставлявшийся заводом № 24) который имел максимальную мощность 1700 кВт (По другим данным 1720 кВт или даже 1750 кВт) при 2350 об/мин, причем эту мощность он развивал не на высоте 2500 м, как это было в случае АМ-38, а всего на 1500 м. Было это серьезным недостатком, который однако был результатом тогдашних условий, а так же существующих возможностей модернизации двигателя. Увеличение мощности двигателя было достигнуто при уменьшении степени сжатия с 6,8 до 6,0, но при этом не была изменена система управления шагом воздушного винта (степень редукции у обоих двигателей была одинаковой 0.732), что сначала часто приводило к серьезным авариям. Еще одним недостатком было уменьшение его живучести, в полевых условиях под управлением неопытных пилотов, которые в основном летали на максимальных режимах срок его службы составлял всего несколько недель. Двигатель АМ-38Ф был тяжелее чем АМ-38 всего на 20 кг.
Несмотря на все его недостатки, появление новой модели двигателя стало шагом вперед, т. к. позволяло несколько улучшить летные характеристики и пилотажные свойства штурмовика. Скорость его двухместного варианта с двигателем АМ-38Ф возросла с 370 км/час над землей и около 400 км/час на высоте до соответственно — 390 км/час и 410 км/час.
В начале 1943 г. была введена новая турель для заднего пулемета — ВУБ-3 конструкции И.И.Торопова, позволявшая увеличить углы обстрела с 35 вверх и вправо, 70 вниз и 25 влево до 45 вверх, 12 вниз и 35 по бокам. Еще одним усовершенствованием, введенным и 1943 г. были новые направляющие для РС-82 и РС-132, они имели более аэродинамичную форму и позволяли вести стрельбу с повышенной точностью. Вероятно в это же время была реализована возможность связи экипажа между собой. Первоначально экипаж общался посредством переговорного устройства СПУ-2. но из-за него нарушалась работа радиостанции, поэтому в кабине пилота установили набор из трех лампочек соединенных с кабиной стрелка, благодаря им стрелок мог например, информировать пилота о начале атаки вражеских истребителей, а затем и о необходимости выполнения маневра уклонения в противоположную сторону.
Двухместный Ил-2 значительно отличался от своего предшественника как в плане пилотажных свойств, так и в области тактико-технических характеристик. Масса самолетов первых серий возросла на 264 кг для пустого самолета и на 272 кг для полностью подготовленного к вылету. Дальность уменьшилась на 55 км, но у более поздних версий была снова увеличена на 80 км. Эти данные держались на более менее одном уровне у всех серий штурмовиков в период производства этой модификации.
После решения проблемы массового производства двухместной машины, на заводе приступили к работам над вариантом, оснащенным 37 мм пушками, которые предполагалось использовать для борьбы с танками. Задание на использование такого вооружения было получено КБ вероятно от самого Сталина, который как известно был поклонником мощного вооружения больших калибров. Для работ была выбрана пушка НС-37 сконструированная под руководством А.Е.Нудельмана. Такая пушка вместе с 50-ти зарядным магазином имела массу 237 кг, что снова привело к очень существенным проблемам с устойчивостью самолета, особенно в момент стрельбы и во время полета на малой скорости. Несмотря на свою несомненную эффективность пушка НС-37 не выдержала экзамен, ибо не позволяла вести прицельный огонь, из-за возросшей инертности при маневрировании самолета в воздухе, а так же ухудшения пилотажных свойств вызванного низкой продольной устойчивостью машины (у самолета готового к боевому вылету центр тяжести смешался назад на 3.5 %). Что бы скомпенсировать хотя бы часть этих недостатков экипажи вынуждены были выполнять задания без бомбовой подвески и даже без ракетного вооружения. Пушка Нудельмана не имела таких хороших амортизаторов как немецкие (Ju 87G, Me 109) или английские (Hurricane Mk IV) пушки, в результате чего очень мощная отдача при стрельбе порождала дополнительные проблемы при пилотировании и прицеливании. Скорострельность пушки НС-37 составляла 250 выстрелов в минуту, в то время как у немецких ВК-3,7 она была только 150 выстрелов в минуту; снаряды НС-37 имели начальную скорость 900 м/с, а немецкие 860 м/с, но зато немецкие снаряды пробивали броню толщиной до 70–80 мм, а советские только до 40 мм. Такое большое отличие было вызвано использованием совершенно разных снарядов — немецкие имели больший заряд и главное кумулятивные головки с вольфрамовым конусом, в то время как советские снаряды представляли собой небольшие стандартные литые снаряды с бронебойным наконечником. Благодаря этому Ил-2 имел боезапас по 50 снарядов на ствол (Ju 87G только по 12), а масса самой пушки была всего 150 кг (у Ju 87G достигала 290 кг), но зато эффективность такого вооружения была мизерной по сравнению с ВК-3,7. Вследствие этого экипажи применявшие такое вооружение не могли уничтожать танки, а самое большее только вывести их из строя на какое-то время. Несмотря на того, что это вооружение не оправдало надежд, его устанавливали не только на Ил-2, но и на Як-9Т где оно эффективно использовалась во время воздушных боев. Для уничтожения вражеского самолета, например бомбардировщика, была нужна мощная пушка с сильными снарядами, как раз такая какую спроектировал Нудельман.