Управляемость и маневренность штурмовика несколько улучшились, но все равно оставались недостаточными. Были серьезные претензии и к работе винтомоторной группы, связанные в основном с недоведенностью мотора АМ-38 (плохая приемистость, плохая регулировка карбюратора и т.д.).

К слову сказать, мотор АМ-38 именно в это время, то есть в феврале 1941 г., не смог пройти 50-часовые совместные стендовые испытания на заводе № 24.

27 февраля Ил-2 АМ-38 после устранения дефектов был официально передан в НИИ ВВС КА для прохождения государственных испытаний (ведущий инженер Н.С. Куликов и летчик-испытатель А.К. Долгов). Последние начались на следующий же день и продолжались до 20 марта 1941 г.

На машине были установлены: предусмотренная ТТТ радиостанция РСИ-3; две пушки ШВАК с боезапасом 420 снарядов; два пулемета ШКАС с боекомплектом 1500 патронов; четыре направляющие под PC-132 или РС-82. Бомбовая нагрузка машины определялась в 400 кг (в перегрузку - 600 кг).

Госиспытания показали, что при полетном весе 5310 кг с внутренней подвеской бомб (400 кг) без реактивных снарядов максимальная скорость у земли составила 419 км/ч. При наружной подвеске двух ФАБ-250 или четырех РС-82 максимальная скорость штурмовика снижалась у земли на 43 км/ч и 36 км/ч в том и в другом случаях, а на высоте 2500 м - на 35 км/ч и 27 км/ч соответственно.

Управляемость и маневренность машины значительно улучшилась. Вертикальная скорость возросла до 10,3 м/с. За один боевой разворот штурмовик набирал 300 м высоты. Взлет и посадка стали более простыми, с застопоренным хвостовым колесом самолет на пробеге вел себя устойчиво.

Летчики отмечали, что изменение установки мотора и поднятие сиденья летчика обеспечили вполне приемлемые обзор и удобство наводки самолета на цель при стрельбе и бомбометании с бреющего полета. Вместе с тем указывалось, что изменение центровки самолета на 2% (29,5%, вместо 31,5%) не улучшило продольной устойчивости самолета. При всех возможных эксплуатационных центровках бронированный "Ил" при полете 'с брошенной ручкой был статически неустойчив, хотя поперечная и путевая устойчивости были вполне удовлетворительными.

Техническая дальность у земли, достигнутая на госиспытаниях на скорости 0,9 максимальной составила всего 508 км, что на 84 км было меньше, чем у БШ-2 (618 км). Уменьшение дальности полета было вызвано возросшим расходом топлива у мотора АМ-38, в сравнении с АМ-35, и полетным весом (с 4725 кг до 5310 кг), так что установка дополнительного бензобака на 155 кг проблему увеличения дальности полета штурмовика 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..."

Вместе с тем, в качестве основных недостатков самолета Госкомиссия указала следующие:
-  отсутствие вентиляции кабины (при температуре наружного воздуха -15-20°С температура воздуха в кабине при закрытом фонаре и с прикрытыми жалюзи радиатора доходила до +50°С);
-  голова летчика недостаточно прикрыта броней (требовалось установить прозрачную броню на козырек фонаря кабины, поставить металлическую броню за головой и над головой летчика и, кроме этого, закрыть металлической броней верхнюю часть бензобака);
-  щитки-закрылки открывались только на скоростях менее 190 км/ч (требовалось обеспечить их открытие и на скоростях 230-240 км/ч);
-  мотор АМ-38 недоведен (плохая приемистость, плохая регулировка карбюратора - в полете на номинальном и эксплуатационном режимах мотор сильно дымил);
-  система смазки мотора не доведена - при подъеме на высоту давление масла падало (в летние месяцы это приведет к перегреванию масла);
-  бензосистема не позволяет использовать полную мощность бензозаправщика БЗ-38 (до 400 л/мин) - на полную заправку самолета требуется 22-23 минуты;
-  система закрытия бомболюков недоработана (в полете бомболюки после сброса бомб не закрываются и даже будучи закрыты на земле, створки бомболюков в полете раскрываются);
-  дальность действия радиостанции недостаточная (на высоте 200 м - до 60 км, а на 1000 м - 65 км), слышимость на больших дальностях из-за помех очень слабая, основной дефект - отсутствие эффективной металлизации на самолете.

В заключении Госкомиссия обязывала 39-й авиазавод совместно, с заводом № 24 довести винтомоторную группу в отношении масло- и бензосистемы, а завод № 24 - форсировать работы по доводке мотора АМ-38 в отношении повышения сроков его службы, улучшения приемистости и снижению удельных расходов топлива, после чего мотор предъявить на специальные летные испытания в НИИ ВВС КА.

Одновременно с организацией крупносерийного производства Ил-2 приказом А.И. Шахурина № 748 от 17.12.40 г. (во исполнение Постановления Правительства от 15.12.40 г.) было создано пять производственных баз по изготовлению бронекорпусов для нового штурмовика: з-д им. Орджоникидзе (г.Подольск), Ижорский з-д (г.Ленинград), з-д № 264 (г.Сталинград), з-д Дробильно-размольного оборудования (г.Выкса), з-д "Коммунар" (г. Запорожье).

К моменту запуска в серийное производство Ил-2, то есть к 15 февраля 1941 г., только подольский завод смог наладить выпуск бронекорпусов для нового штурмовика, изготовив к этому дню 5 корпусов. При этом заводчане рассчитывали к 22 февраля выйти на рубеж 1 бронекорпус в сутки, а к 22 марта - 4 корпуса в сутки.

Поскольку развертывание производства самолета Ил-2 на авиазаводах НКАП проходило одновременно с государственными испытаниями, то процесс освоения в серии шел неудовлетворительно. Наилучших результатов добился воронежский 18-й авиазавод им. К.Е. Ворошилова. В конце февраля 1941 г. в цехах завода началась сборка первых серийных штурмовиков Ил-2, а 1 марта головная машина поступила на заводскую летно-испытательную станцию. К середине марта был построен второй серийный "Ил".

Интересно отметить, что с целью отладки технологического процесса монтажей на самолете в отсутствии на заводе бронекорпусов, местные умельцы изготовили из котельного железа точную копию бронекорпуса Ил-2 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 м-ра К.К. Рыкова ушел в свой первый испытательный полет - два круга над аэродромом с выпущенными шасси. Через несколько часов К.К. Рыков выполнил еще один полет, теперь уже с убранным шасси.

Первый серийный Ил-2 был вооружен двумя модифицированными 23-мм пушками МП-6, а второй "Ил" - двумя пушками ВЯ-23. Оба типа пушек имели ленточное питание и боезапас по 150 снарядов на каждую пушку. На третьей серийной машине устанавливались две пушки ШВАК, на четвертой - две 23-мм пушки Салищева-Галкина СГ-23 (ЦКБ-14 НКВ) и начиная с пятой машины - только пушки ШВАК (по 210 снарядов на ствол).

Кроме этого, на всех серийных "Илах" сохранялись два пулемета ШКАС (1500 патронов) и усиливалось ракетное вооружение - 8 РО-132 (или РО-82). Бомбовая нагрузка в серии осталась прежней - 400 кг (в перегрузку - 600 кг).

По сравнению с опытным самолетом, проходившим государственные и заводские испытания, на серийных Ил-2 установили козырек фонаря кабины летчика из прозрачной брони типа К-4 (вместо плексигласа) 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. Прозрачную броню установили также и за головой летчика, так как фонарь кабины серийных "Илов" стал замыкаться коротким прозрачным обтекателем, вместо непрозрачного. Общий вес бронедеталей составил 780 кг.

В таком виде, практически без особых изменений, одноместный Ил-2 выпускался до окончания своего серийного производства.

Изменения в основном были связаны с устранением некоторых конструктивных дефектов штурмовика, улучшения отдельных его узлов и агрегатов, совершенствования бортового оборудования, усиления бронирования и вооружения, а также изменений, связанных с адаптацией технологического процесса к местным условиям производства и т.д.