Вначале этот новый тип Ила имел тот же двигатель АМ-38, но уже с новым винтом АВ-5Л-158 с увеличенным до 3,6 м диаметром лопастей. Однако очень скоро на него стали устанавливать несколько более мощный вариант двигателя — АМ-38Ф (поставлявшийся заводом № 24) который имел максимальную мощность 1700 кВт (По другим данным 1720 кВт или даже 1750 кВт) при 2350 об/мин, причем эту мощность он развивал не на высоте 2500 м, как это было в случае АМ-38, а всего на 1500 м. Было это серьезным недостатком, который однако был результатом тогдашних условий, а так же существующих возможностей модернизации двигателя. Увеличение мощности двигателя было достигнуто при уменьшении степени сжатия с 6,8 до 6,0, но при этом не была изменена система управления шагом воздушного винта (степень редукции у обоих двигателей была одинаковой 0.732), что сначала часто приводило к серьезным авариям. Еще одним недостатком было уменьшение его живучести, в полевых условиях под управлением неопытных пилотов, которые в основном летали на максимальных режимах срок его службы составлял всего несколько недель. Двигатель АМ-38Ф был тяжелее чем АМ-38 всего на 20 кг.
Несмотря на все его недостатки, появление новой модели двигателя стало шагом вперед, т. к. позволяло несколько улучшить летные характеристики и пилотажные свойства штурмовика. Скорость его двухместного варианта с двигателем АМ-38Ф возросла с 370 км/час над землей и около 400 км/час на высоте до соответственно — 390 км/час и 410 км/час.
В начале 1943 г. была введена новая турель для заднего пулемета — ВУБ-3 конструкции И.И.Торопова, позволявшая увеличить углы обстрела с 35 вверх и вправо, 70 вниз и 25 влево до 45 вверх, 12 вниз и 35 по бокам. Еще одним усовершенствованием, введенным и 1943 г. были новые направляющие для РС-82 и РС-132, они имели более аэродинамичную форму и позволяли вести стрельбу с повышенной точностью. Вероятно в это же время была реализована возможность связи экипажа между собой. Первоначально экипаж общался посредством переговорного устройства СПУ-2. но из-за него нарушалась работа радиостанции, поэтому в кабине пилота установили набор из трех лампочек соединенных с кабиной стрелка, благодаря им стрелок мог например, информировать пилота о начале атаки вражеских истребителей, а затем и о необходимости выполнения маневра уклонения в противоположную сторону.
Двухместный Ил-2 значительно отличался от своего предшественника как в плане пилотажных свойств, так и в области тактико-технических характеристик. Масса самолетов первых серий возросла на 264 кг для пустого самолета и на 272 кг для полностью подготовленного к вылету. Дальность уменьшилась на 55 км, но у более поздних версий была снова увеличена на 80 км. Эти данные держались на более менее одном уровне у всех серий штурмовиков в период производства этой модификации.