Злоключения этих двух машин начались сразу с первых часов перелета к месту назначения. Утром 31 августа «Илья Муромец» № 1, приданный армии Северо-Западного фронта, ведомый Е. В. Рудневым, вылетел в Белосток. Аэроплану надлежало следовать на большой высоте вдоль линии железной дороги с остановкой лишь в Двинске. Но все получилось иначе. Из-за сильного встречного ветра, преодолев всего 177 верст, машина возле станции Плюсса совершила вынужденную посадку и получила небольшие повреждения. Лишь после устранения всех неполадок, 11 сентября, «Илья Муромец» № вылетел наконец со злополучной станции и приземлился в Двинске, где опять застрял. Таким манером в Белосток Руднев добирался 23 дня, хотя чистое полетное время составляло всего 14 ч.
Выявленные на фронте в октябре 1914 года новые неполадки дали повод штабс-капитану Е. В. Рудневу написать докладную записку «О непригодности аппаратов типа „Илья Муромец“ для военных целей». В ней он указывал на неспособность «Муромца» при полной нагрузке в 90 пудов с экипажем 4 человека и запасом топлива на пять часов полета держаться в воздухе при работе лишь трех двигателей; медленный набор нужной высоты (с полной нагрузкой аппарат поднимался на 2000 м около двух часов); малую скорость — около 100 км/ч; крайне неудачное расположение бензобаков (над моторами), что неизбежно приведет к пожару даже при пулевой пробоине. Докладной дали ход: 28 октября поступает уведомление Штаба Верховного Главнокомандующего в ГВТУ
«Илья Муромец» № 2, пилотируемый поручиком А. В. Панкратьевым, вылетел на фронт только 24 сентября 1914 года. По дороге 1 октября возле станции Речица на малой высоте «аэроплан неизвестной конструкции» был обстрелян солдатами Двинского военного округа, вследствие чего вынужден был произвести посадку, повлекшую значительную поломку шасси. Эта несчастная машина добралась до Брест-Литовска лишь в конце ноября, но штаб Северо-Западного фронта (зная реакцию высшего начальства на записку Руднева) от нее категорически отказался.
Неудачи с этими двумя «Муромцами», уведомление командования, а также приостановка 2 октября 1914 года контракта на постройку 32 машин поставили завод в очень трудное положение. Это вынудило Сикорского пойти на крайние меры и поставить на карту свою инженерную репутацию. Он написал записку военному министру генералу В. А. Сухомлинову и просил, чтобы ему дали возможность на деле доказать пригодность «Муромцев» для военных целей, создав из них отдельное боевое соединение.
Верховный Главнокомандующий великий князь Николай Николаевич и сам царь ознакомились с докладом и одобрили проект создания соединения из «Муромцев» по типу эскадры морских боевых кораблей. В начале декабря 1914 года был издан приказ, по которому вся русская авиация стала делиться на тяжелую и легкую. Шидловского назначили начальником формируемого Управления Эскадрой воздушных кораблей (УЭВК), с подчинением непосредственно Верховному Главнокомандующему. Это уже был настоящий прообраз стратегической авиации.
В соответствии с новым боевым назначением самолеты были модернизированы: установлены новые двигатели, несколько уменьшены размеры, усовершенствовано оборудование для бомбометания — в фюзеляже установлены бомбодержатели, бомбосбрасыватель и прицел. «Илья Муромец» мог теперь брать 400 кг бомб, т. е. в 10 раз больше, чем другие самолеты того времени. Для обороны от истребителей на центроплане установили пулеметы «максим», но несмотря на это экипаж самолета остался прежним — 4 человека. Первый боевой полет состоялся 15 февраля 1915 года. «Муромец» совершил весьма удачный рейд в интересах штаба 1-й армии Северо-Западного фронта. Была поставлена задача выяснить, есть ли на реке Висла на участке до Добржина переправы противника, и в случае, если такие есть, разрушить их. Полет продолжался 2 ч 39 мин, переправ обнаружено не было, но тем не менее было сброшено 16 пудов бомб на германские позиции.
Начальник штаба 1-й армии, очень довольный результатами разведки, писал: «Полеты показали крупное преимущество аппаратов „Илья Муромец“ по сравнению с другими системами. Большая грузоподъемность, удобство наблюдения, возможность взять большую высоту (3200 м), большой радиус действия, вооружение — все это составляет чрезвычайно крупное преимущество по сравнению с аппаратами обыкновенного типа… Немецкие летчики показали, что им известно о существовании у нас больших боевых машин и что в Германии сильно ощущается недостаток такого типа аппаратов».