Вопрос о защите Ил-2 со стороны хвоста был впервые поставлен в письме секретаря Воронежского обкома ВКП(б) В.Никитина на имя наркома авиапромышленности А.И.Шахурина № 747 от 10.07.42 г.
"Командиры, летчики авиаполка Ил- 2, возвратившиеся на днях в Воронеж с фронта, – писал Никитин, – сообщают, что враг применяет технику боя с самолетами Ил-2 путем поражения их сзади в хвостовое оперение, сверху по мотору, а также в голову летчика. Командный состав в связи с этим считает необходимым: 1) в конце фюзеляжа под хвостовым оперением установить огневую точку; 2) установить хотя бы 4-мм броню над головой летчика; 3) установить броню над мотором сверху…"
Уже 29 июля в письме на имя А.И.Шахурина и П.Ф.Жигарева № 946 С.В.Ильюшин сообщал, что: "Такая установка, состоящая из 2-х неподвижных закрепленных пулеметов, стреляющих назад, нами разработана. Стрельба назад по противнику производится простейшим зеркальным прицелом, основанным на принципе двойного отражения. Представляя при сем чертежи этой установки, прошу Вас и тов.Жигарева их утвердить и дать указание о срочном изготовлении этих установок в количестве 50-ти штук для испытания на фронте в боевых условиях с тем, чтобы в случае достаточно хорошей их эффективности, запустить их на все самолеты".
В результате обсуждения этого вопроса в "верхах" НКАП и ВВС КА было принято решение, согласно которому С.В.Ильюшин и директор 18-го авиазавода М.Б.Шенкман обязывались "установить на двух серийных "Илах" пулеметы, неподвижно закрепленные на фюзеляже со стрельбой назад: на одном два пулемета ШКАС с запасом патронов по 250 шт. на пулемет со сроком выпуска 12 августа 1942 г., на другом один пулемет Березина с запасом патронов 200 шт. со сроком выпуска 15 августа", а начальник НИИ ВВС КА генерал И.Ф.Петров должен был "произвести испытания самолетов Ил-2 с этими установками на заводе № 18 в пятидневный срок".
Заключение по испытаниям неподвижных пулеметных установок на Ил-2 для стрельбы в заднюю полусферу генерал И.Ф.Петров утвердил 25 августа.
Установка под пулемет УБТ (боекомплект 250 патронов) допускала дискретное (через 2,5°) изменение угла установки вверх от 0° до 5° и в стороны – на 2,5°. Установка под два пулемета ШКАС (боезапас 1000 патронов) допускала изменение угла установки вверх от 0° до 22,5° и в стороны – на 7,5°.
Всего было выполнено 5 испытательных полетов, из них 4 полета – на Ил-2 с пулеметами ШКАС и 1 полет – на Ил-2 с УБТ. Летал летчик-испытатель НИИ ВВС майор А.К.Долгов.
По результатам испытаний установка из двух пулеметов ШКАС, вследствие большего числа стволов и большей их скорострельности, была признана лучшей. Однако в силу низких оборонительных возможностей штурмовики с такими пулеметными установками в серийное производство не пошли.
В марте 1942 г. в НИИ ВВС КА испытывались серийные одноместные штурмовики Ил-2 с мотором АМ-38 производства заводов №N9 1 (зав. № 2611) и 18 (зав. № 181904) с внесенными в их конструкцию изменениями, в соответствии с пожеланиями и требованиями летного и технического составов строевых частей. Ответственные исполнители: начальник 5-го отделения п-п-к К.А. Капилец, м-р В.С.Холопов и ведущий летчик-испытатель м-р А.К.Долгов. Акт по результатам государственных испытаний Главный инженер ВВС генерал А.И.Репин утвердил 10.05.1942 г.
Самолет Ил-2 завода №1 отличался от самолета производства завода №18 следующими изменениями: установлено крыло смешанной конструкции (металлические лонжероны, фанерная обшивка); обшивка элеронов вместо металлической выполнена из полотна; сделаны отдельные выхлопные патрубки на каждые два цилиндра.
Вес пустого самолета 1 -го авиазавода составил 4208 кг против 4158 кг у Ил-2 производства завода № 18.
В отличие от ранее выпускавшихся Ил-2, оба самолета имели усиленное, с учетом опыта боевого применения, бронирование жизненно важных частей самолета. Дополнительно были установлены: бронеплита сверху заднего бензобака толщиной 6 мм, бронеплита над головой летчика на подвижной части фонаря (5 мм), 4-х миллиметровый дюралевый лист над мотором был заменен бронелистом толщиной 5 мм, средняя часть прозрачной брони за головой летчика была заменена на металлическую броню толщиной 12 мм. Вес всех бронедеталей составил 811 кг.
Складывающиеся подкосы шасси были сделаны из сварных труб вместо клепаной конструкции, что увеличило их прочность.
На 70 кг был увеличен запас горючего (доведен до 540 кг) за счет увеличения объема заднего бензобака, и в нем же установлена вторая заливная горловина.
На штурмовиках установили дополнительный (второй) электросбрасыватель ЭСБР-Зп с самостоятельным управлением от кнопки на ручке управления самолетом и осуществлено рациональное размещение радиооборудования.
Центровка самолетов доведена до 28,3%.