По сравнению с предшествующими проектами на Ил-54 применили крыло стреловидностью по линии фокусов 55 градусов и с большим сужением, разработанное в ЦАГИ. Такую несущую поверхность впервые опробовали на истребителе МиГ-19. Спустя два месяца после подписания правительственного документа П. Дементьев, П.Жигарев и Н. Кузнецов 24 мая докладывали в Совет министров:
Самолет еще проектировался, а на заводе № 30 развернулась подготовка к его серийному производству.
Ил-54 вывели на аэродром 29 января 1955 года. Вслед за ним передали второй экземпляр самолета для статических испытаний, а на летном образце по их результатам испытаний усилили планер. Тогда же провели вибрационные испытания.
С 1 февраля 1955 года на самолете начали отработку двигателей с автоматикой управления компрессором, и 3 апреля Владимир Коккинаки выполнил на Ил-54 первый полет. На самолете применили в гидросистеме давление 220 атмосфер, в системе жизнеобеспечения – турбохолодильники, на велосипедном шасси – раскрутку колес и автомат торможения, бустерное управление, тормозной парашют, стекла с электрообогревом и токопроводящей пленкой, улучшенные катапультные установки со шторкой, обеспечивавшие безопасное покидание при приборной скорости 850 км/ч.
В 1956 году Ил-54 оснастили двигателями АЛ-7Ф с форсажной камерой. Летные данные машины улучшились, но не намного. Хотя самолет и соответствовал требованиям, изложенным в постановлении правительства, заказчик посчитал их недостаточными.
Варианты проекта фронтового сверхзвукового бомбардировщика