Поначалу заказ на 32 машины планировался к выполнению на конец 1915 г., поэтому командование русской армии решило заключить с РБВЗ новый договор. Контракт на 30 новых кораблей был подписан 16 декабря 1915 г. И. И. Сикорский первоначально предусматривал сдать по нему пять машин, используя задел, подготовленный еще при выпуске предыдущих кораблей. Эти аппараты (№ 218-222), сборка которых была завершена в декабре 1916 г., принадлежали к модификации Г-2. Остальные 25 кораблей он намечал строить принципиально новой конструкции, получившей название «Илья Муромец-Д» (ДИМ, или С-25). По замыслу боевые и летно-технические характеристики новых аппаратов должны были стать такими высокими, что их предполагалось использовать не только в качестве бомбардировщиков, но и для боевого прикрытия других кораблей старых типов. Поэтому ДИМ именовался даже «Муромцем-истребителем ».
Новый тип «Муромца» вызревал у И. И. Сикорского давно. Вынужденная остановка серийного производства в конце 1915 г. позволяла ему воплотить свои замыслы в реальность. На завершенном в январе 1916 г. первом ДИМе все было сделано для уменьшения вредного сопротивления, фюзеляж имел плавные формы. Полностью остекленная носовая часть (по заводской терминологии - «голова») давала экипажу прекрасный обзор. Плоский бензобак был спрятан в фюзеляж и располагался сверху сразу за кабиной пилота. За баком был алюминиевый обтекатель с пулеметным «гнездом». Четыре «Санбима» располагались на крыльях попарно тандемом. Размах крыльев был уменьшен, число растяжек шасси - сокращено. Проводка управления была убрана в фюзеляж. Для стрельбы вперед была установлена пулеметная точка справа от пилота. Хвостовой точки вначале не было.
На аппаратах типа «Д» впервые были введены эксплуатационные разъемы фюзеляжа. Передняя его часть составляла единое целое с «моторной клеткой», т. е. центральной частью коробки крыльев» включавшей и силовые установки. Вместо рамы управления, как и на «Русском Витязе», стала штурвальная колонка. Многое из нововведений, например обтекаемая форма фюзеляжа, полностью остекленная носовая часть, шасси, эксплуатационные разъемы, носовая пулеметная установка и др., перекочевало на корабль следующего типа, но в целом самолеты ДИМ оказались неудачными. Испытания в эскадре первого такого аппарата (№ 223) показали, что даже без боевой нагрузки по сравнению с предыдущими типами сильно удлинился разбег, упала скороподъемность, потолок был невероятно мал. Было совершено только два полета. Вредное взаимовлияние винтов при тандемной установке и повышенное индуктивное сопротивление из-за относительно небольшого удлинения, влиянию которого тогда еще не придавали значения, в совокупности со скверной работой «Санбимов» дали такой низкий результат. Второй ДИМ (№ 224) подвергся значительным изменениям - увеличен размах крыльев, удлинен фюзеляж, «Санбимы» переставлены в ряд (модификация Д-2). Однако события 1917 г. не позволили испытать эту машину в эскадре.
Третий опытный ДИМ (№ 225) был также построен в 1916 г. и долго дорабатывался. На нем было установлено необычное бипланное хвостовое оперение с двумя килями и с пулеметной точкой, а подмоторные рамы переделаны под двигатель «Рено» (модификация Д-3). Сикорский не терял надежды довести до работоспособного состояния тип «Д», десять серийных экземпляров которого (№ 226-235) были к началу 1917 г. почти наполовину готовы. Конструктор планировал наладить серийный выпуск двух внешне подобных бомбардировщиков - тяжелого типа «Е», о котором речь пойдет ниже, и более легкого типа «Д». С новыми мощными двигателями по 300-400 л. с. ДИМы могли стать неплохими бомбардировщиками. 1917 г. спутал все планы, и опытный № 225 был отправлен на фронт, но только в 1919 г. в Красный дивизион воздушных кораблей.
Вместо законсервированного типа «Д» осенью 1916 г. на «Авиа-Балте» заложили десять воздушных кораблей уже более-менее доведенной модификации Г-2 (№ 236-245). Однако им также не удалось избежать столь традиционных для «Муромцев» переделок. На этот раз причиной стало важное событие в истории российской авиационной индустрии - прекращение «моторного голода». В 1916 г. большое количество авиационных двигателей стали выпускать новые отечественные заводы. Открытый правлением РБВЗ Механический завод на Васильевском острове восстановил во второй половине 1916 г. производство двигателей РБВЗ-6. Однако технологические возможности этого завода, созданного в основном на базе оборудования, эвакуированного из Риги, первоначально были недостаточны для выпуска в большом количестве РБВЗ-6. Поэтому в июне 1916 г. на заводе был создан по образцу хорошо зарекомендовавшего себя «Аргуса» 140-сильный МРБ-6. (Мотор Русско-Балтийский, шестицилиндровый). Получилось типичное порождение военного времени. Производство его было простым, но оно достигалось за счет качества. Получив три с половиной десятка МРБ-6, эскадра уже в 1917 г. от их дальнейшего приобретения отказалась. Тем не менее свою функцию МРБ-6 выполнили. Вместе с полсотней поставленных в 1916-1917 гг. РБВЗ-6 они дали возможность продолжить выпуск «Муромцев-Г» и отказаться от ненадежных** Санбимов».
Двигатели РБВЗ-6 ставились на «Муромцы» типа «ГЧ как по четыре, так и по два в паре с «Рено» в 220 л. с, производство которых было налажено на основанном в Петрограде филиале знаменитой французской фирмы. На эти двигатели делалась ставка, и представитель фирмы даже вошел в штат эскадры.
Установка ближних к фюзеляжу мощных и более тяжелых двигателей, чем их предшественники, сместила центровку «Муромцев» вперед, и от этого нагрузка на стабилизатор снизилась. Появилась возможность уменьшить его размеры. Для улучшения путевой устойчивости была увеличена площадь вертикального оперения. По оси самолета появились два дополнительных киля - верхний и нижний. Новая модификация, получившая обозначение Г-3, имела повышенную боеспособность. Были сделаны боковые бойницы, специально приспособленные для стрельбы из ручных пулеметов, люк в полу для «кинжальной» установки, хвостовая пулеметная установка отличалась большими размерами кабины стрелка. Бомбовый люк имел такую конструкцию, что можно было использовать кассеты для сбрасывания бомб в вертикальном и горизонтальном положении. На первых экземплярах «Муромцев Г-3» топливные баки располагались под центропланом. Их можно было сбрасывать в случае пожара при попадании зажигательной пули, однако в дальнейшем из-за меньшей надежности подачи топлива, например в случае отказа бензонасоса, они устанавливались над верхним крылом, чтобы топливо могло подаваться просто самотеком.
Поскольку в конце 1916г.у И.И. Сикорского не было уверенности в успешном завершении в ближайшем времени серии ДИМ, то для выполнения контракта на 30 « Муромцев» на «Авиа-Балте» заложили серию в 13 ИМГ-3 (№ 274-286). Однако начавшийся развал экономики в 1917 г. затянул их запланированную на май - июнь достройку, как и сдачу десяти ранее заказанных ИМГ-2. Часть этих самолетов была выпущена в 1917-1918 гг. в вариантах Г-3 и Г-4. В такие же варианты на заводе и в эскадре были переделаны еще несколько машин Г-1 и Г-2. Последние 13 машин, готовые в 1917 г. на 90%, были сданы заказчику спустя два года.
* В счет заказа на 30 машин были сданы и оставшиеся от заказа на 32 «Муромца» запасные № 197 и 198.
Появление модификации Г-4 было вызвано требованием (не во всем бесспорным) Технического комитета УВВФ об усилении частей конструкции всех построенных «Муромцев». Установка на корабли «Илья Муромец» тяжелых с большим расходом топлива двигателей «Рено» и так уже потребовала усиления как коробки крыльев, так и шасси, что в совокупности с проводимой ранее заменой крыльев и стабилизаторов большей площади, установкой дополнительных огневых точек и других средств повышения боевой эффективности уменьшило бомбовую нагрузку модификации Г-3 до 200 кг. Боевая же ценность «усиленного» по требованию технического комитета ИМГ-4 вообще равнялась нулю.