Do połowy 1941 roku konstrukcja została już w znacznym stopniu dopracowana. Zdawano sobie jednak sprawę z tego, że DB-3F wyczerpał potencjał rozwoju, a nadzieje na przyrost osiągów nie sprawdziły się, między innymi z powodu wzrostu masy, ze zwiększanym wyposażeniem. Miały zastąpić go bombowce Jer-2 i DB-4, jednak ich rozwój się przeciągał, a DB-4 Iljuszyna nie został w ogóle doprowadzony do stadium prób państwowych, wobec tego DB-3F pozostał w masowej produkcji. Po ataku Niemiec na ZSRR i ewakuacji przemysłu na wschód produkcja DB-3F stała się utrudniona. Jeszcze wiosną zaprzestano ich produkcji w Woroneżu, a w listopadzie w atakowanej Moskwie. Wytwarzał je nadal tylko zakład nr 126 w Komsomolsku nad Amurem, lecz od października do grudnia 1941 roku borykał się z brakami dostaw silników i dopiero wiosną 1942 roku produkcja się ustabilizowała.

Zmiana oznaczenia i modyfikacje produkcyjne: 1942–1945 Dopiero 26 marca 1942 samolot DB-3F otrzymał oznaczenie według nowego systemu oznaczeń samolotów radzieckich od skrótu nazwiska konstruktora: Ił-4. W połowie 1942 roku jego produkcję uruchomiono także w zakładzie nr 23 zorganizowanym w Moskwie, a od jesieni ponownie w zakładzie nr 39, ewakuowanym do Irkucka.