Штурмовик все время модернизировался. Вероятнее всего осенью 1941 г. была подвергнута модернизации топливная система, прежде всего, увеличен бак № 3. В результате этого возросло количество направляемого топлива до 535 кг и масла до 65 кг. Благодаря этому дальность увеличилась до 740 км. В августе 1941 г. началось производство первых серий Ил-2 с пушками ВЯ-23, которые полностью вытеснили пушки ШВАК (к тому времени уже располагавшие боезапасом в 500 снарядов) в начале 1942 г. Более менее в это же время вернулись к первоначальной деревянной задней части фюзеляжа. Это, разумеется, привело к снижению характеристик самолета, но в данном случае такая необходимость была вызвана объективными обстоятельствами. Из-за недостаточной развитости промышленности и из-за того что европейская часть страны была захвачена немцами, в Советском Союзе существенно не хватало металла, особенно цветного, в том числе алюминия. По той же причине вскоре перешли к изготовлению из дерева внутренней части крыльев, что существенно ухудшило эксплуатационные свойства самолета, вызвало увеличение его массы, а так же снижение его характеристик. Однако в 1942–1943 гг… этим решениям не было альтернативы. Единственно, что можно было сделать, это укрепить фюзеляж специальными низкокачественными металлическими листами (тремя или четырьмя) для сохранения его деревянной части. Позднее в ходе массового производства 1942 г. деревянная конструкция фюзеляжа была несколько усилена, а гак же улучшена технология его изготовления, благодаря чему стал возможен отказ от этих «накладок». Тем не менее до конца производства Ил-2 деревянный фюзеляж был его самым слабым конструктивным элементом.
В это же время была изменена конструкция задней броневой зашиты пилота. Вместо броневого стекла за пилотом установили броневую плиту с вырезами открывавшими — по крайней мере в теории — ограниченный обзор задней полусферы самолета. Так как оказалось, что этого недостаточно, начали устанавливать округлую броневую плиту, соединяющую верхнюю часть фонаря пилота с крышей багажника. Эти плиты были слегка выпуклой или плоской (в зависимости от производственной серии самолета или завода) формы и служили элементами конструкции задней части кабины. Крепились они к поперечной броневой перегородке за баком № 3, непосредственно на эту же перегородку устанавливалось и боковое остекление кабины пилота.
В период зимы 1941–1942 гг. на заводе было разработано несколько технологических усовершенствований позволяющих эффективно эксплуатировать штурмовик в экстремально тяжелых зимних условиях. Нужно упомянуть например «антифриз», смесь воды и спирта, применявшийся в охлаждающей системе вместо ранее использовавшейся жидкости. Смесь эта не замерзала и поэтому не разрушала радиатор. Масло разбавляли бензином (10–15 %), спиртово-глицериновая смазка шасси позволяла лучше очищать их от налипшего снега и льда, а колеса (на которые не хватало каучука) заменяли лыжами, которые правда уменьшали максимальную скорость на 20–30 км/час. Система замены колес на лыжи была одно время так популярна во всех ВВС Красной Армии, что только прямой приказ командующего ВВС генерала А.А.Новикова, в котором требовалось очищать аэродромы от снега и использовать колеса изменили ситуацию.
Опыт боев на юге России выявил необходимость введения летом 1942 г. еще одного новшества, направленного на дополнительную защиту двигателя и состоявшем в установке противопыльного фильтра на заборнике воздуха в карбюратор, расположенного на передней кромке правого центроплана. Его заслонки были синхронизированы с механизмом уборки шасси — когда стойки шасси находились и выпушенном состоянии, заслонки фильтра были закрыты, предотвращая засасывание в двигатель частиц пыли, а когда стойки шасси убирались, заслонки постепенно открывались.
Очередной проблемой, с которой справились во второй половине 1942 г… был огромный — для кабины Ил-2 — прицел ПБП-15. Fro заменил очень простой, даже примитивный ВВ-1. Прицел ПБП-16 (Пикирующий. Бомбардировочный, Прицел) был предназначен для пикирующего бомбардировщика Пе-2. поэтому он не оправдывал возлагавшихся на него надежд во время горизонтального полета штурмовика вблизи земли. Дополнительным недостатком этого «устройства» были его размеры. Он не только заслонял обзор, но и был причиной многих, часто тяжелых, ранений головы и даже смертельных травм пилотов. Последней, но тем не менее весьма весомой причиной его замены была дороговизна его производства и невозможность изготовления такого прецизионного устройства в очень больших количествах. По этим причинам, о которых в своем письме проинформировал Сталина капитан Ковалев, штурман одного из авиационных полков, летом 1942 г. был объявлен конкурс на новый прицел для Ил-2, победителем которого оказался Г.К.Васильев и его ВВ-1. Сокращение ВВ-1 расшифровывается как визир Васильева.
Этот визир-прицел состоял из следующих элементов — прицельной сетки нанесенной на лобовом стекле фонаря кабины, мушки перед кабиной и четырех линий нанесенных белой краской на капоте двигателя, перед кабиной пилота. Конечно такой прицел не мог обеспечить точного попадания при огне из пушек, бомбометании или пуске реактивных снарядов, но благодаря ему экономилось около 22 млн. рублей в год и обеспечивалась лучшая безопасность пилота при аварийных посадках. С августа 1942 г. ВВ-1 был дополнен ВМШ-2 (Временной механизм штурмовика) обеспечивавшим сброс бомб с горизонтального поле-га, когда цель была закрыта фюзеляжем самолета. Однако он не оправдал ожидании пилотов, которые продолжали бомбить на «глазок», придумав для этой техники специальное название — «прицел биологический» и обозначение, которое в соответствии с армейской спецификой звучало так: Л-43, т. е. прицел «тип Л образца 43 года» — Л от слова лапоть. 43 — год принятия на вооружение (кроме того пилотами использовалась и такая расшифровка названия «лапоть 43 размера»), либо С-43 от слова сапог того же года. К незначительно модернизированному прицелу ПБП-16 вернулись только в 1944 г., а позже устанавливали его же и на Ил-10.
Осенью 1941 г. Сталин получил письмо от капитана Е.П.Коваля, штурмана 234 ШАП в котором он писал «… Основной недостаток самолета в том, что он сзади совершенно беззащитен от истребителей. Истребитель противника в большинстве случаев подходит сзади и сбоку на 10–15 метров и бьет по самолету из пушек и пулеметов, стараясь поразить мотор или летчика. …Вывод: необходимо сзади летчика (куда садится техник при перелетах) сажать стрелка с пулеметом. Для этого нужно бронезащиту летчика перенести в самую заднюю часть бронекорпуса. что бы стрелок был за надежной броней».