Фюзеляж был ферменно-расчалочной конструкции с полотняной обтяжкой хвостовой части и фанерной обшивкой передней. Криволинейная лобовая часть пилотской кабины выклеивалась из шпона. Каркас фюзеляжа состоял из четырех сосновых лонжеронов. Стойки и поперечины изготовлялись из ели. Двойные диагональные расчалки обеспечивали необходимую жесткость образуемых ими пространственных силовых рам.

Двухлонжеронные крылья «Муромца» были сделаны разъемными по размаху. Верхнее состояло из семи частей: центроплана, двух промежуточных частей на каждом полуразмахе и консолей. Нижнее — из четырех частей. Коробчатые лонжероны размещались примерно на 12 % и 60 % длины хорды. Полки лонжеронов выполнялись из гикоря и ясеня, стенки из березовой и ольховой фанеры. Нервюры крыльев выполнялись двутавровыми, а в местах установки стоек и сочленений планов — коробчатые. Стенки простых нервюр делались из фанеры с большими продолговатыми отверстиями облегчения. Полки из сосновых реек. Передняя кромка крыльев имела тонкие фрезерованные накладки из ели или спруса. Задняя представляла собой тонкую рейку. Стойки коробки крыльев имели каплевидное сечение. Для внутреннего расчаливания крыльев и всей коробки использовалась рояльная проволока. Элероны были только на верхнем крыле, на его консолях. Между пятыми стойками крыльев находились традиционные для Сикорского небольшие вертикальные переборки. Для обтяжки крыльев использовалась льняная материя. После окончательной сборки крылья покрывались эмалитом и лаком.

Вся расчалочная конструкция воздушного корабля представляла собой как бы музыкальный инструмент, который требовал постоянного внимания и регулировки тендерами. Но в то же время она давала прочность и необходимую легкость летательному аппарату и обеспечивала высокую весовую отдачу.

Ко всем двигателям был обеспечен доступ в полете. Для этого по нижнему крылу к моторам вела фанерная дорожка. Двигатели крепились на невысоких балках, состоявших из ясеневых полок и раскосов, обшитых по бокам фанерой. В ходе испытаний первого «Муромца» балки крайних двигателей были заменены высокими подмоторными рамами. Под верхним крылом над двигателями подвешивались цилиндрические бензобаки. В носовых их частях находились маслобаки. Трубчатые радиаторы стояли сзади моторов. Запускались двигатели сжатым воздухом.

Первоначально машина имела между коробкой крыльев и оперением еще одно, среднее крыло, расчаленное к кабанам «верхней площадки».

Горизонтальное оперение было несущим и имело относительно большие размеры — около 30 % от площади крыльев. Двухлонжеронный стабилизатор расчаливался к четырехгранному кабану и к вершине пирамиды хвостового костыля. Кабан служил и площадкой, с которой механик мог в полете сделать осмотр и ремонт оперения. Вертикальное оперение было тройное — главное и два боковых. Боковые кили имели угол установки, который на случай выхода из строя двигателя обеспечивал восстанавливающий момент в струе работающих двигателей.

Угол установки горизонтального оперения составлял 5–6 градусов. В сочетании с большим углом установки крыльев (8–9 градусов) это давало положительное продольное V и самолет в полете был устойчив.

Шасси крепилось под средними двигателями и состояло из двух подфюзеляжных и двух парных подмоторных N-образных стоек с полозами, в пролетах которых на шарнирных колодках крепились попарно колеса на коротких осях с резиновой шнуровой амортизацией. 12 колес были по три обшиты кожей. Получились строенные колеса с очень широким ободом. Зимой устанавливались лыжи. Костыль первого «Муромца» представлял собой ясеневый полоз, закрепленный подкосами. Первоначально под фюзеляжем имелись дополнительные полозы — «среднее шасси».

Вся конструкция самолета, как и его схема, для 1913–1914 гг. признавалась передовой, простой для производства и весьма целесообразной. «Муромец» как инженерное сооружение был совершенен в смысле рационального использования материала и экономии веса. По тому времени это было самое настоящее чудо техники.

В ноябре 1913 г. первый «Илья Муромец» — «А» (заводской № 107) был собран в ангаре РБВЗ на Корпусном аэродроме и был готов к испытаниям. После первых пробежек уже стало ясно, что машина обладает достаточной подъемной силой и хорошо реагирует на действия рулями. Сикорский принял решение демонтировать среднее крыло. Дополнительную подъемную силу конструктор решил получить, увеличив площадь стабилизатора, удлинив его хорду почти на метр. 10 декабря 1913 г. был совершен первый полет по прямой в пределах летного поля. На борту кроме Сикорского был только Панасюк. И в этом полете расчетные данные в основном подтвердились, только пришлось скорректировать центровку.

После нескольких пробных подлетов, когда самолет последовательно поднимал 4, 5 и 7 человек, Сикорский поднялся 12 декабря в воздух с десятью пассажирами на борту. Общий вес нагрузки составлял 1100 кг — мировой рекорд.

26 января 1914 г. Сикорский поднялся в воздух с четырьмя пассажирами и впервые описал над Корпусным аэродромом несколько кругов. Через три дня «Илья Муромец» появился над южными окраинами С.-Петербурга. Затем внеаэродромные полеты стали регулярными. Управлять самолетом было значительно приятнее, чем предшественником — «Русским Витязем». «Муромец» плотно сидел в воздухе. Многомоторный гигант хорошо держал курс при остановке одного из моторов. Остановив все моторы, Сикорский уверенно планировал на аэродром. Механик прямо в полете осматривал двигатели на крыле. Тяги воздушных винтов хватало для взлета на лыжах не только со снежной полосы, но и с грязи. 11 февраля самолет стартовал в сторону Пулково, обойдя высоты, развернулся, дошел до Охты, потом пролетел вдоль Невского и Каменноостровского проспектов, сделал круг над Комендантским аэродромом, сбросил вымпел для Аэроклуба и затем вернулся на свой аэродром.

12 февраля 1914 г. воздушный богатырь установил мировой рекорд по максимальному количеству пассажиров, поднятых на борту самолета. На «Муромце» находились 16 человек и аэродромный пес с невинной кличкой Шкалик. Поднятый полезный груз составил 1290 кг.

В течение февраля и марта 1914 г. было совершено несколько десятков полетов над С.-Петербургом общей продолжительностью 23 ч. Эти полеты вызывали огромный интерес. На аэродром приезжала масса народу. Среди почетных пассажиров «Ильи Муромца» значились выдающиеся государственные и общественные деятели, военачальники и флотоводцы, военные и спортивные летчики, иностранные дипломаты, студенты и преподаватели столичных вузов. Глядя на скромно сидящих возле окон членов Государственной думы, Сикорский как-то шутливо подметил, что пассажирский салон его самолета — единственное место, где смиряются все политические противоречия и затихают амбиции.

В марте и апреле были продолжены испытательные полеты, которые в большинстве своем были и демонстрационными. Достаточно освоив самолет, Сикорский в соответствии с ранее принятой программой испытаний решил снять его полные характеристики. В полете останавливали поочередно один, два и даже три двигателя. Выходили на крыло сначала по одному к ближнему двигателю, потом к крайнему. В конце концов осмеливались даже посылать двух человек к крайнему двигателю. В этих условиях самолет оставался управляемым. Выполнялись также полеты в плохую погоду с использованием приборов. К новым усовершенствованным приборам добавились и два корабельных компаса. Они очень пригодились через несколько дней, когда на землю неожиданно опустился туман и сажать «Муромец» пришлось вслепую.