Деятельность академика члена Коммунистической партии с 1918 г. Сергея Владимировича Ильюшина на поприще авиации началась в годы первой мировой войны, когда он служил в авиационных частях. В 1919 г. Ильюшин был назначен начальником авиационного поезда Кавказского фронта. В период учебы в Военно-воздушной академии, именовавшейся в то время Институтом инженеров Красного Воздушного Флота им. Н. Е. Жуковского, Сергей Ильюшин с энтузиазмом постигал премудрости науки под руководством известных профессоров и преподавателей. Молодое учебное заведение старалось предоставлять слушателям возможность работать над планерами собственной конструкции. Один из них, носивший название "Мастяжарт", построил Сергей Ильюшин в содружестве с коллективом мастерских тяжелой артиллерии. Планер был представлен на первом планерном слете в Крыму. Кроме С. В. Ильюшина в слете участвовали еще два слушателя академии - В. С. Пышнов и М. К. Тихонравов, также представившие свои планеры.
Вторым планером конструкции Ильюшина был "Рабфаковец" (1924), который строился студентами рабочего факультета Института инженеров путей сообщения. Планер участвовал в соревнованиях и был одним из лучших для учебных целей. Наконец, уже будучи слушателем четвертого курса, Ильюшин построил рекордный планер "Москва", который не состязаниях в Германии получил первый приз за продолжительность полета.
В 1926 г. С В. Ильюшин закончил академию и был назначен руководителем секции научно-технического комитета (НТК) Военно-воздушных сил. В этом же комитете, только значительно позже, работали его однокурсники В. С. Пышнов и Н. А. Жемчужин. Они занимались определением типажа самолетов и разработкой требований к ним для военной авиации, а также участвовали в работе различного рода комиссий, которые в период строительства и испытаний самолетов контролируют соответствие заданных и реализованных данных для той или иной машины.
Четырехлетняя работа в комитете много дала Ильюшину и положительно сказалась на его будущей конструкторской деятельности. Когда он уже сам создавал самолеты, представителям ВВС было приятно иметь с ним дело. Взяв на себя определенные обязательства, он выполнял их всегда точно и в срок, хотя перед утверждением задания случались бурные объяснения. Военные требуют всегда "по максимуму", а конструкторы стараются оставить себе некоторый резерв, а может быть, и запас. При этом часто мнение бывших однокашников В. С. Пышнова и Н. А. Жемчужина - заказчиков не совпадало с мнением С. В. Ильюшина - конструктора, особенно в период определения "лица" самолета, тем не менее эти споры были плодотворными и полезными для создания будущего самолета.
Работу в НТК ВВС С. В. Ильюшин сочетал с активным сотрудничеством в журнале "Самолет", который являлся в те годы основным печатным органом, освещавшим вопросы конструирования летательных аппаратов, главным образом легкомоторной авиации. Позже Сергей Владимирович работал на научно-испытательном аэродроме ВВС, в 1931 г. перешел в ЦАГИ, который к тому времени стал ведущей научной и экспериментальной организацией, определявшей основные направления и перспективы развития авиационной техники и помогавшей конструкторским бюро в создании самолетов определенных типов. В институте рассчитывались и проверялись исходные данные будущих летательных аппаратов.
В 1933 г. было образовано Центральное конструкторское бюро (ЦКБ), отдельные бригады в котором возглавили С. В. Ильюшин, Н. Н. Поликарпов, Д. П. Григорович и другие конструкторы. Сергей Владимирович занимался в этом бюро и решением административных вопросов, фактически являясь его руководителем.