Государственные испытания самолета Ил-18 с с двигателями АИ-20, получившего обозначение Ил-18Б начались в феврале 1959 г. В заключительном акте государственных испытаний было записано, что Ил-18Б с двигателями АИ-20 испытания выдержал и пригоден для эксплуатации в ГВФ и ВВС. Самолет Ил-18Б мог брать на борт увеличенную до 14000 кг коммерческую нагрузку. Следующей самой массовой модификацией самолета стал в 1959 г. Ил-18В, в котором пассажирская кабина была разделена на три салона, в переднем из которых размещалось 20 человек, в среднем – 55, а в заднем – 14 .Входные двери были перенесены в два вестибюля, расположенные между салонами. В переднем из них в зоне воздушных винтов находился туалет, в заднем буфет. Следующей модификацией стал Ил-18Е, выпущенный в 1965 г., в котором число пассажирских мест было увеличено до 120. Дополнительные топливные емкости в подфюзеляжной части центроплана на модификации Ил-18Д, дальнейшее увеличение взлетной массы самолета до 64000 кг и замена двигателей Аи-20 на более мощные Аи-20М (4250 э.л.с.) позволило увеличить дальность полета до 6500 км. Ил-18Д был оборудован системой всережимного автоматического флюгирования воздушных винтов и специальными устройствами, исключающими возможность возникновения в полете отрицательной тяги. Кроме пассажирских было выпущено несколько модификаций для правительственных перевозок в варианте «Салон» В феврале 1958 г. в ОКБ разработана военно-транспортная модификации Ил-18Т, рассчитанная на перевозку 120 десентников, или 69 раненых на носилках в сопровождении двух медработников. При переоборудовании пассажирской кабины в транспортную по ее бортам и в середине устанавливались складные сиденья для десантников. А носилки крепились к специальным рамам, устанавливаемым у бортов.
Кроме транспортного варианта на базе Ил-18 было создано несколько специальных модификаций военного назначения. Появившаяся позднее грузовая модификация Ил-18ГР позволяла перевозить грузы массой до 13500 кг на расстояние до 3900 км. Большой грузовой люк на левом борту передней части фюзеляжа размером 3500x1850 мм и установленные на усиленном грузовом полу роликовые дорожки позволяли загружать в самолет авиационные поддоны с размещенными на них грузами.
Производство самолета Ил-18 продолжалось 10 лет. За это время было выпущено 564 машины. Огромный опыт массовой эксплуатации этого самолета и постоянное внимание к нему со стороны конструкторского коллектива позволили обеспечить высокий уровень надежности в работе всех его систем и агрегатов, а ресурсный срок службы конструкции планера довести до 40000 ч. Каждая новая из появляющихся модификаций вносила свой вклад в повышение надежности и безопасности перевозок, создавала более комфортные условия для пассажиров или улучшала летные данные машины, тем самым повышая ее экономическую эффективность. За весь период эксплуатации самолета на линиях ГВФ на нем было перевезено около 3,5 млн. пассажиров. Большая часть перевозок происходила в районах крайнего Севера и Дальнего Востока. Кроме Аэрофлота Ил-18 успешно эксплуатировался в двенадцати зарубежных авиакомпаниях.
К началу 1960-х гг. и Аэрофлот почувствовал отсутствие у себя пассажирского самолета, способного выполнять зарубежные рейсы без боязни конкуренции. Ведь имеющийся дальнемагистральный ТУ-114 уже не мог претендовать на эту роль. Исправить создавшееся положение предложил С.В. Ильюшин. В феврале 1960 г. он обратился в правительство с инициативным предложением создать пассажирский самолет Ил-62 с четырьмя турбореактивными двигателями РД-23-600 конструкции С.К. Туманского. Самолет должен был перевозить 50-150 пассажиров на дальность 4800- 8500 км. Только позже от Аэрофлота были получены тактико-технические требования на эту машину.