Na pierwszych samolotach bojowych konstrukcji Iljuszyna CKB-26, CKB-30 i CKB-36F ustanowiono rekordy światowe przelotów wysokościowych i z różnym obciążeniem, a w latach 1938–1939 samoloty Ił wykonały przeloty bez lądowania na trasach Moskwa – Władywostok i Moskwa – wyspa Miscou w Ameryce Północnej.
Samoloty jego projektu, szturmowy Ił-2 i bombowiec Ił-4 były bardzo popularne w czasie II wojny światowej. W 1939 skonstruowany został opancerzony szturmowiec Ił-2. Jego wprowadzenie na uzbrojenie dało nową klasę samolotów bojowych i spowodowało powstanie nowej taktyki lotniczej. Samolot Ił-4 był w wojnie 1941-45 podstawowym bombowcem dalekiego zasięgu i samolotem torpedowym. Potem wypuszczono szturmowce Ił-8 (1943), Ił-10, Ił-16 i Ił-40 – pierwszy w lotnictwie szturmowiec odrzutowy. Były wypuszczone bombowce Ił-6, eksperymentalny odrzutowiec bombowy Ił-22 (1946) i Ił-28 (1948) pierwszy sowiecki bombowiec odrzutowy wypuszczany seryjnie (był na uzbrojeniu Wojska Polskiego do końca lat 70 XX wieku). Po wojnie jego samoloty pasażerskie: turbośmigłowy Ił-18 (1957) i turboodrzutowy (silniki dwuprzepływowe) Ił-62 (1962), były bardzo popularne wśród przewoźników z krajów socjalistycznych i krajów tzw. trzeciego świata.
Iljuszyn nie tylko zbudował całą rodzinę samolotów, ale wykształcił kadry konstruktorów lotniczych.