Управляемость и маневренность штурмовика хотя и улучшились, но все еще оставались недостаточными. Имелись серьезные претензии и к работе винтомоторной группы, связанные с недоведенностью мотора АМ-38 (плохая приемистость, неудовлетворительная регулировка карбюраторов и т. д.). К слову сказать, этот двигатель именно в то время, в феврале 1941 г., проходил очередные 50- часовые совместные стендовые испытания на заводе № 24… и вновь их не прошел.
27 февраля Ил-2 с АМ-38 после устранения дефектов и проведения некоторых доработок был официально передан в НИИ ВВС РККА для прохождения государственных испытаний (ведущий инженер Н. С. Куликов и летчик-испытатель А. К. Долгов). Госиспытания начались на следующий же день и продолжались до 20 марта 1941 г.
На машине была установлена радиостанция РСИ-3.
Серьезная работа по доводке штурмовика сказалась на его данных. Улучшились управляемость и маневренность машины, возросла вертикальная скорость (до 10,3 м/с). Взлет и посадка стали более простыми, с застопоренным хвостовым колесом самолет на пробеге вел себя устойчиво.
Летчики отмечали, что обзор вперед-вниз стали вполне приемлемыми, но изменение центровки почти не улучшило продольной устойчивости. При всех возможных эксплуатационных центровках бронированный «Ил» при полете с брошенной ручкой был статически неустойчив, хотя поперечная и путевая устойчивости были вполне удовлетворительными. Парашютировал «ильюшин» очень устойчиво, неплохо штопорил.
Техническая дальность у земли, достигнутая на госиспытаниях, была меньше, чем у БШ-2. Уменьшение значения этого параметра было вызвано возросшими расходом топлива у мотора АМ-38 и полетным весом, так что установка дополнительного бензобака проблемы увеличения дальности не решила.
Государственная комиссия в своем заключительном акте от 16 апреля 1941 г. по испытаниям одноместного Ил-2 отметила, что: «…самолет Ил-2 с АМ-38, по сравнению с БШ-2, несмотря на больший вес, стал более скоростным и маневренным, особенно на предельно малых высотах… По вооружению и летно-техническим данным вполне отвечает требованиям, предъявляемым к самолету поля боя… Бомбовое, стрелково-пушечное и ракетное вооружение самолета работало безотказно… Стрельба из ракетного оружия на земле и в воздухе существенного влияния на самолет не оказывает… Объем и размещение оборудования соответствуют требованиям».
В числе основных недостатков Госкомиссия отметила следующие: отсутствие вентиляции кабины, недостаточную защиту головы летчика, проблемы, связанные с недоведенностью двигателя, неудовлетворительная дальность действия радиостанции и др.
В заключении Госкомиссия обязывала 39-й авиазавод совместно с заводом № 24 довести масло- и бензосистемы, заводу № 24 форсировать работы по повышению срока службы, улучшению приемистости и снижению удельных расходов топлива АМ-38, после чего мотор предъявить на специальные летные испытания в НИИ ВВС РККА.
Необходимо отметить, что АМ-38 только 13 марта 1941 г. удовлетворительно прошел 50-часовые совместные стендовые испытания. По мощности и удельным расходам усовершенствованный мотор соответствовал предъявляемым требованиям, а потому было принято решение об изготовлении его малой серии в 150 штук. В заключение акта по испытаниям Госкомиссия рекомендовала провести летные испытания 10 Ил-2 с усовершенствованным мотором АМ-38 к 15 апреля 1941 г.
Одновременно с организацией крупносерийного производства Ил-2, приказом А. И. Шахурина № 748 от 17 декабря 1940 г. во исполнение Постановления Правительства от 15 декабря 1940 г. были созданы пять производственных баз по изготовлению бронекорпусов для нового штурмовика:
«1. В г. Подольске — на заводе имени Орджоникидзе, возложив на этот завод выпуск в 1941 году 900 штук бронекорпусов в кооперации по поставке бронелистов 4-5-6 мм толщины из кремне-никеле-молибденовой стали с заводом «Красный октябрь» НКЧМ и 12 мм хромомолибденовой стали марки «ХД» с Ижор ского завода НКСудпрома.
2. В гор. Ленинграде на Ижорском заводе НКСудпрома, возложив на этот завод выпуск в 1941 году 1200 штук бронекорпусов для Ил-2 с развитием мощности к 1 января 1942 года на 2000 штук, в кооперации по поставке бронелистов 4~5~6 мм толщины из кремне-никеле-молибденовой стали с Кировского завода НКТМ.
3. В Сталинграде па заводе № 264 (Красноармейская верфь) НКСудпрома, возложив на этот завод выпуск в 1941 году 200 бронекорпусов с доведением мощности к 1 января 1942 года до 1 000 штук, в кооперации по поставке бронелистов 4~5~6 мм толщины из кремне-никеле-молибденовой стали и 12 мм хромомолибденовой стали марки «ХД» с завода «Красный октябрь» НКЧМ.
4. В гор. Выксе Горьковской области на заводе «ДРО» НКТМ (завод дробильно-размольного оборудования), с выпуском в 1941 г. 200 штук бронекорпусов с развитием мощности 1 октября 1941 года до 2000 штук в год в кооперации по поставке 12 мм бронелистов марки «ХД» с Кулебакского завода НКСудпрома и 4-5-6 мм бронелистов с Выксунского металлургического завода НКЧМ.
5. В гор. Запорожье на заводе «Коммунар» НКСредмаша созданием мощности на 1 000 штук бронекорпусов к 1 октября 1941 года, в кооперации по поставке 12 мм бронелистов марки «ХД» с Мариупольского завода им Ильича и 4-5-6 мм бронелистов из кремне-никеле-молибденовой стали с завода им. Дзержинского НКЧермета с обеспечением выпуска готовых корпусов в четвертом квартале 1941 года 100 штук…»
К 15 февраля, когда Ил-2 был запущен в серийное производство, только подольский завод смог наладить выпуск бронекорпусов, изготовив к тому времени 5 штук. При этом заводчане рассчитывали к 22 февраля выйти на рубеж 1 бронекорпус в сутки, а с 22 марта изготавливать ежесуточно уже по 4 корпуса.
Поскольку развертывание производства самолета проходило одновременно с госиспытаниями, то процесс освоения в серии шел туго, болезненно. Наилучших результатов добился воронежский 18-й авиазавод им. К. Е. Ворошилова, самый современный из всех назначенных для серийного производства бронированных «Илов». Рабочие предприятия трудились круглосуточно, почти без выходных. В таком же режиме работали и командированные на завод бригады инженеров из ОКБ Ильюшина во главе с Главным конструктором самолета и мотористов из ОКБ Микулина во главе с А. В. Никифоровым. Благодаря их усилиям в конце февраля 1941 г. в цехах началась сборка первых серийных штурмовиков, а 1 марта головная машина поступила на заводскую летно-испытательную станцию. К середине месяца был построен второй серийный «Ил».
Интересно, что в отсутствие на заводе бронекорпусов, для отладки технологического процесса монтажа на самолете местные умельцы изготовили из котельного железа точную копию бронекорпуса и затем выполнили сборку первого макетного штурмовика.
Утром 10 марта, за десять дней до окончания государственных испытаний опытного Ил-2, головной серийный «Ил» под управлением начальника ЛИС завода майора К. К. Рыкова ушел в свой первый испытательный полет — два круга над аэродромом с выпущенными шасси. Через несколько часов Рыков выполнил еще один полет, теперь уже с убранным шасси.
Первый серийный Ил-2 был вооружен двумя модифицированными пушками МП-6, а второй — двумя ВЯ- 23. Оба типа пушек имели ленточное питание и боезапас по 150 снарядов. На третьей серийной машине были устанавлены две пушки ШВАК, на четвертой — две 23-мм пушки Салищева-Галкина СГ-23 (ЦКБ-14 НКВ), и начиная с пятой машины на все серийные Ил-2 стали устанавливаться только ШВАКи.
В отличие от опытного самолета, на серийных Ил-2 вместо плексигласового установили козырек фонаря кабины летчика из прозрачной брони типа К-4 толщиной 64 мм, а на подвижной части фонаря — плексиглас и металлические боковины. При этом боковые передние стекла подвижной части сдвигались, что давало возможность открывать замок фонаря снаружи. Прозрачная броня находилась и за головой летчика, так как фонарь кабины серийных «Илов» для улучшения обзора назад стал замыкаться коротким пологим прозрачным обтекателем вместо непрозрачного. Общий вес бронедеталей штурмовика составил 780 кг.
Были внесены и другие мелкие изменения в конструкцию машины.