В начале 1943 г. была введена новая турель для заднего пулемета — ВУБ-3 конструкции И.И.Торопова, позволявшая увеличить углы обстрела с 35 вверх и вправо, 70 вниз и 25 влево до 45 вверх, 12 вниз и 35 по бокам. Еще одним усовершенствованием, введенным и 1943 г. были новые направляющие для РС-82 и РС-132, они имели более аэродинамичную форму и позволяли вести стрельбу с повышенной точностью. Вероятно в это же время была реализована возможность связи экипажа между собой. Первоначально экипаж общался посредством переговорного устройства СПУ-2. но из-за него нарушалась работа радиостанции, поэтому в кабине пилота установили набор из трех лампочек соединенных с кабиной стрелка, благодаря им стрелок мог например, информировать пилота о начале атаки вражеских истребителей, а затем и о необходимости выполнения маневра уклонения в противоположную сторону.

Двухместный Ил-2 значительно отличался от своего предшественника как в плане пилотажных свойств, так и в области тактико-технических характеристик. Масса самолетов первых серий возросла на 264 кг для пустого самолета и на 272 кг для полностью подготовленного к вылету. Дальность уменьшилась на 55 км, но у более поздних версий была снова увеличена на 80 км. Эти данные держались на более менее одном уровне у всех серий штурмовиков в период производства этой модификации.

После решения проблемы массового производства двухместной машины, на заводе приступили к работам над вариантом, оснащенным 37 мм пушками, которые предполагалось использовать для борьбы с танками. Задание на использование такого вооружения было получено КБ вероятно от самого Сталина, который как известно был поклонником мощного вооружения больших калибров. Для работ была выбрана пушка НС-37 сконструированная под руководством А.Е.Нудельмана. Такая пушка вместе с 50-ти зарядным магазином имела массу 237 кг, что снова привело к очень существенным проблемам с устойчивостью самолета, особенно в момент стрельбы и во время полета на малой скорости. Несмотря на свою несомненную эффективность пушка НС-37 не выдержала экзамен, ибо не позволяла вести прицельный огонь, из-за возросшей инертности при маневрировании самолета в воздухе, а так же ухудшения пилотажных свойств вызванного низкой продольной устойчивостью машины (у самолета готового к боевому вылету центр тяжести смешался назад на 3.5 %). Что бы скомпенсировать хотя бы часть этих недостатков экипажи вынуждены были выполнять задания без бомбовой подвески и даже без ракетного вооружения. Пушка Нудельмана не имела таких хороших амортизаторов как немецкие (Ju 87G, Me 109) или английские (Hurricane Mk IV) пушки, в результате чего очень мощная отдача при стрельбе порождала дополнительные проблемы при пилотировании и прицеливании. Скорострельность пушки НС-37 составляла 250 выстрелов в минуту, в то время как у немецких ВК-3,7 она была только 150 выстрелов в минуту; снаряды НС-37 имели начальную скорость 900 м/с, а немецкие 860 м/с, но зато немецкие снаряды пробивали броню толщиной до 70–80 мм, а советские только до 40 мм. Такое большое отличие было вызвано использованием совершенно разных снарядов — немецкие имели больший заряд и главное кумулятивные головки с вольфрамовым конусом, в то время как советские снаряды представляли собой небольшие стандартные литые снаряды с бронебойным наконечником. Благодаря этому Ил-2 имел боезапас по 50 снарядов на ствол (Ju 87G только по 12), а масса самой пушки была всего 150 кг (у Ju 87G достигала 290 кг), но зато эффективность такого вооружения была мизерной по сравнению с ВК-3,7. Вследствие этого экипажи применявшие такое вооружение не могли уничтожать танки, а самое большее только вывести их из строя на какое-то время. Несмотря на того, что это вооружение не оправдало надежд, его устанавливали не только на Ил-2, но и на Як-9Т где оно эффективно использовалась во время воздушных боев. Для уничтожения вражеского самолета, например бомбардировщика, была нужна мощная пушка с сильными снарядами, как раз такая какую спроектировал Нудельман.

На снимках представлены опытные (либо первые серийные) экземпляры учебных штурмовиков во время прохождения государственных испытаний.

Летом 1943 г. в то время когда истребительные дивизии уже располагали серийными Як-9Т, пробная партия Илов с НС-37 только проходила войсковые испытания начавшиеся в июле того же года и продлившиеся до… декабря 1943 г. В это время была выпушена небольшая серия этих самолетов, а позже следующая на этот раз в варианте «со стрелкой». Кроме авиации сухопутных войск, в которой они использовались до конца войны, Ил-2 с 37 мм пушками применялись и в авиации Военно-Морского Флота, куда было передано большинство из них. Это было обусловлено тем, что на Флоте их применяли для уничтожения более крупноразмерных и легких для поражения целей. Немногочисленные штурмовики с НС-37 испытывались на фронте в течении всего 1944 г. Только к его концу от работ над НС-37 отказались, учитывая начавшиеся опыты с 45 мм пушками НС-45, которые проводились в 1945 г. Однако из-за невозможности их использования и приближающегося окончания войны работы над этим вооружением были заброшены.

Пушки НС-37 не были первыми, которые пытались установить на Ил-2. Уже в конце 1941 г. конструктор Ильюшин попытался приспособить для одноместного Ила очень подходящую для борьбы с танками пушку Ш-37 (другое название ШФК-37) конструкции В.Г.Шпитального. Вооружение это, однако, не оправдало себя, хотя и по другим причинам, чем пушка НС-37. Размеры Ш-37 вместе с магазином (на 40 снарядов) были настолько велики, что вынуждали устанавливать ее под углом к плоскости крыла и это приводило к сдвигу центра тяжести самолета. Пушка имела громоздкие обтекатели, что в свою очередь вызывало большое падение скорости. Все это вместе с другими недостатками самолета и вооружения(низкая точность огня, «ныряние» во время стрельбы, затрудненное пилотирование) обесценивало его как боевой самолет. Некоторые данные наводят на мысль, что вероятно было построено несколько экземпляров Ил-2 с пушками Ш-37. часть из которых даже проходили испытания на фронте. Неудача этой конструкции не обескуражила Ильюшина и позднее была предпринята очередная попытка установки модернизированного варианта Ш-37 на двухместный Ил-2 (уже без ракет под крылом). Однако же и этот вариант оказался менее удачным чем пушка НС-37 появившаяся к этому времени. В результате работы над установкой Ш-37 были свернуты.

Очередными новшествами, введенными на Ил-2 в 1943 г. были протектированные топливные баки с системой заполнения пустого пространства в одном из них (заднем) углекислотой подававшейся в бак из специального баллона установленного слева от него. Благодаря такому решению предотвращался взрыв и пожар баков, а следовательно повышалась живучесть самолета. Кроме того, после доработки топливной системы стало возможно подвешивать в бомбоотсеки дополнительные топливные баки, которые использовались во время боевых вылетов к линию фронта.

Ил-2 Тип 3, белый №› 63, с черно-зеленым / оливково-зеленым камуфляжем. Красные звезды нанесены на киль, но отсутствуют на фюзеляже. Белые значки по краям звезды на киле — серийный номер самолета.