В связи с этим весной 1943 года для борьбы с современной бронетехникой противника было принято решение усилить вооружение штурмовика, установив две 37-мм пушки НС-37. Однако при этом собственный вес машины увеличился на 300 кг, что привело к ухудшению летных характеристик и уменьшению бомбовой нагрузки до 100–200 кг. При этом вероятность поражения средних и тем более тяжелых немецких танков снарядом 37-мм пушки также оказалась невысокой. Оказалось также, что вести прицельный огонь из разнесенных пушек, имеющих к тому же сильную отдачу, способен только летчик с высокой квалификацией. Тем не менее летчики гвардейских полков, получивших на вооружение Ил-2НС-37, положительно отзывались о возросшей огневой мощи штурмовика, значительно повысившей эффективность действий против легкобронированной техники противника, малотоннажных судов и других подобных целей. Но все же к началу 1944 года производство Ил-2НС37 было прекращено, выпуск составил 947 машин.
С сентября 1943 по февраль 1944 года проходил испытания Ил-2 с двумя крыльевыми пушками калибра 45 мм НС-45 конструкции А.Э. Нудельмана и А.С. Суранова, однако из-за сильной отдачи при ведении огня в серийное производство эта модификация не передавалась.
С. Ильюшин в то же время работал и над проектами специализированных штурмовиков, предназначенных для борьбы с бронетехникой противника.
В марте 1941 года им был предложен эскизный проект тяжелого двухмоторного противотанкового бронированного штурмовика ЦКБ-60.
В качестве основного варианта вооружения оснащенного двумя моторами АМ-38 самолета предполагалась установка 37-мм пушки ШФК-37, двух 23-мм пушек ВЯ-23 и четырех пулеметов УБ калибра 12,7 мм. Летчика, топливные баки, радиаторы и моторы предполагалось защитить броней толщиной от 4 до 18 мм общим весом до 800 кг. При взлетном весе 8400 кг самолет ЦКБ-60, или Ил-6, согласно расчетам, должен был иметь скорость около 550 км/ч и дальность полета 700 км. Рассматривался также двухместный вариант ТБШ-2, оснащенный двумя моторами М-82. Вооружение этого самолета должно было включать 37-мм пушку ШФК-37, две 23-мм пушки ВЯ-23, четыре пулемета ШКАС и 400 кг бомб (в перегрузку до 1000 кг) или восемь реактивных снарядов РС-132. При этом расчетная скорость у земли равнялась 480 км/ч, дальность 700 км. Кабина экипажа должна была защищаться броней 10-15 мм. Задняя броневая стенка кабины – 13 мм, передняя броневая стенка кабины – 15 мм, низ и бока кабины – 10 мм. Хотя проект оценивался как перспективный, в сложившихся условиях возможности его реализовать не оказалось.
В мае 1942 года Ильюшин предложил новую идею, на этот раз одномоторного одноместного противотанкового штурмовика. Самолет МШ АМ-38 конструировался по нетрадиционной схеме, аналогичной американскому истребителю «Bell P-39 Airacobra», – двигатель располагался в центре тяжести машины, но при этом кабина была сильно смещена вперед, что обеспечивало летчику отличный обзор вперед-вниз. Между кабиной летчика и мотором размещались топливный и масляный баки. Под кабиной летчика размещался отсек вооружения, в состав которого по одному варианту должны были входить пушка ШФК-37, две синхронные пушки ШВАК и два синхронных пулемета ШКАС, дополнительно предусматривалась подвеска 8 пусковых установок РС-82. Согласно второму варианту, штурмовик должен был нести две синхронные пушки ШВАК и два синхронных пулемета ШКАС в сочетании с бомбовой нагрузкой 400 (в перегруз 600) кг.
Однако расчетный вес самолета оказался больше, чем у Ил-2, а ожидаемые летные данные ниже. Возникли сложности и с реализацией привода воздушного винта через длинный вал. Кроме того, командование ВВС настаивало на необходимости выпуска двухместных штурмовиков. В итоге работы над МШ были прекращены.
На базе Ил-2 предпринимались попытки создавать и машины иного предназначения.
В 1943 году в войска поступила партия разведчиков-корректировщиков Ил-2 КР. От серийного штурмовика самолет отличался составом оборудования, устройством топливной системы и изменениями в схеме бронирования. На самолете установили более мощную радиостанцию, в хвостовой части разместили фотоаппарат АФА-И. Внешне разведчики отличались только антенной радиостанции на козырьке фонаря кабины.
Опыт воздушных боев, в которых летчикам Илов периодически удавалось уничтожать бомбардировщики и транспортные самолеты противника, послужил поводом для появления постановления ГКО № 3336 от 17 мая 1943 года, предписывающего «…