Директора заводов № 39 и № 18 за два месяца до начала государственных испытаний получили приказ перестроить производство под технологически новые машины и уже в четвертом квартале 1939 года построить 870 ДБ-3 с моторами М-87 и М-88, а с января 1940 года полностью перейти на выпуск модифицированных машин. Запуск в массовую серию конструктивно недоведенного бомбардировщика с капризными «саморазрушающимися» двигателями привел к тому, что на протяжении шести месяцев авиапромышленность выдавала самолеты, практически непригодные к использованию. Несмотря на все ухищрения производственников, военные категорически не хотели принимать машину «Ф», а 7 мая 1940 года начальник ВВС и вовсе приказал прекратить оформление и оплату самолетов, сделанных заводами № 39 и № 18, «как неполноценных». На следующий день грянул приказ НКАП, в котором, в частности, говорилось:

«Совершенно нетерпимое положение с выполнением плана и, в первую очередь, на ведущем заводе №-39, явилось результатом безответственного отношения к выполнению государственного задания со стороны директора завода тов. Журавлева и главного конструктора тов. Ильюшина. Передав в серийное производство не оконченную доводками машину, главный конструктор тов. Ильюшин растянул доработку машины на очень длительный срок, и даже в настоящее время нет уверенности в полной ее доработке, так как у руководства завода № 39 и главного конструктора тов. Ильюшина до сих пор нет продуманного четкого плана по доводке самолета ДБ-3Ф. Коллегия особенно отметила невыполнение установленного правительством задания по скоростям. Вместе с тем со стороны главного конструктора тов. Ильюшина и директора завода тов. Журавлева не было принято должных мер к ускорению передачи самолета ДБ-3Ф на госиспытания».

Одновременно нарком А.И. Шахурин написал докладную И.В. Сталину, обещая исправить все недостатки и представить на государственные испытания «улучшенный образец» бомбардировщика. Иосиф Виссарионович велел Наркомату обороны временно принимать у заводов самолеты «с пониженными данными». Однако авторитет С.В. Ильюшина как Главного конструктора в глазах партийного и военного генералитета падал. В июле 1940 года было принято решение о запуске в серию на заводе № 18 дальнего бомбардировщика В.Г. Ермолаева, в августе – об остановке производства двигателей М-88. Зимняя война выявила еще целый букет «детских болезней». Летчики Байдуков и Юмашев писали Шахурину:

«За время участия в боевых действиях на Северо-Западном фронте замечены следующие недостатки по самолету ДБ-3 с М-87, который нами эксплуатировался:

По мотору М-87Б – полно (разрушение редуктора за 17 ч, заклинение вала за 29 ч, прогар поршня за 20 ч, заедание сектора газа из-за обмерзания заслонки радиатора, забивается всасывающий патрубок на рулежке, обледенение жалюзи, свечи низкого качества, альфометры врут, маслорадиаторы замерзают, перегрев мотора на земле и переохлаждение на крейсерской скорости).

По самолету ДБ-3: 1. Задняя центровка (продольная неустойчивость); 2. Бензин перетекает из бака в бак, что неприятно в слепом полете; 3. Бензобаки одной группы имеют неодинаковую выработку; 4. Лыжи сильно примерзают, нужно 8 – 10 чел. качать и форсаж при страгивании; 5. Гироскопы от трубок Вентури работают очень вяло даже на 220–240 км/ч; 6. Трубки Вентури при обледенении выходят из строя, и при отказе автопилота слепой полет невозможен; 7. Приборы расположены скверно; 8. Освещение кабин не позволяет видеть некоторые приборы; 9. При полностью включенном освещении отсвечивает на лобовое стекло; 10. Рычаги шасси, форсажа и винта поставлены вразнобой; 11. Скверно стопорятся рычаги форсажа и легкого шага; 12. Антиобледенители винтов капризны, отвлекают штурмана, который качает; 13. Нейтральным газом не обеспечены все группы бензобаков; 14. При обледенении лед пробивает стекло кабины штурмана; 15. При обледенении штурманская кабина настолько обмерзает, что шторки заедают, а пулемет не стреляет; 16. Хвостовая огневая точка не обеспечивает защиты; 17. Так как берут 4 члена экипажа, надо дополнительный кислородный прибор и телефон».

Чрезмерная задняя центровка ДБ-3ф делала самолет неустойчивым и трудным в пилотировании, отработанные газы двигателей поступали в кабину пилота, на разворотах сами собой открывались створки бомболюка, прицел ОПБ-1М мешал штурману стрелять из нижнего пулемета, абсолютное большинство машин выпускалось без автопилота, радиовысотомера и радиокомпаса. Герой Советского Союза А.И. Молодчий вспоминал:

«Автопилота на самолете нет, а по своей природе Ил-4 неустойчив, каждую секунду норовит завалиться в крен, уйти с курса, задрать или опустить нос. Нужно беспрерывно крутить штурвал… Гул моторов, однообразные движения штурвалом то вправо, то влево, на себя, от себя укачивают, прямо-таки убаюкивают. И летчик как будто и с открытыми глазами сидит, но приборов не видит. Его сознание на миг отключается. Спит человек. Сон этот длится секунду, может, две, но тут же, мгновенно очнувшись, кажется тебе: спал вечность! А поэтому руки начинают бессознательно крутить штурвал, и не всегда в ту сторону, куда нужно… Все это хорошо знали, но выдержать постоянное напряжение в длительных полетах не могли. Это было выше физических сил. Насколько штурмовик был хорош, настолько наш бомбардировщик, мягко говоря, был не очень хорош».

В акте по результатам очередных государственных испытаний, проходивших в сентябре – октябре 1940 года, констатировалось: «Самолет стоит ниже Ю-88, До-215 и «Норт Америкен», и надежность также ниже».

В конце концов назрел принципиальный вопрос о боевой ценности бомбардировщика С.В. Ильюшина и замене его на что-нибудь более приличное. Но оказалось, что выбирать не из чего. В ноябре был возобновлен выпуск доведенных до ума моторов М-88Б, ими стали оснащаться все серийные ДБ-3ф. Дефекты самолета медленно, но устранялись. Он потяжелел почти на тонну, поэтому скорость выросла незначительно и составила около 400 км/ч на высоте 4500 м и 335 км/ч у земли; потолок – 10 000 м, дальность полета – 3300 км, предельная бомбовая нагрузка – 2500 кг (1000 кг – на внутренней подвеске). По совокупности параметров самолет не уступал большинству зарубежных аналогов, созданных во второй половине 30-х годов, обладал высокой энерговооруженностью и великолепной скороподъемностью. Еще одним козырем Ильюшина была высокая технологичность машины, благодаря которой ДБ-3ф/Ил-4 выпускали до конца Второй мировой войны.

Конкуренцию ДБ-3ф перед войной пытался составить «сверхдальний» ДБ-240 (Ер-2) – переделка в бомбовоз двухмоторного пассажирского самолета «Сталь-7» конструкции Р.Л. Бартини с крылом типа «обратная чайка». После того как в январе 1938 года «фашистского шпиона» арестовали, машину хотели просто сжечь, но затем передумали. 29 июля 1939 года постановлением Комитета обороны № 227 было утверждено техническое задание на бомбардировщик, развивающий максимальную скорость 500 км/ч, с дальностью полета 5000 км – дабы иметь возможность бомбить Мальту или самое логово «поджигателей войны» – Лондон – смотря по обстоятельствам. В грузовом отсеке должны были помещаться четыре бомбы калибра 250 кг или такое же количество 500-кг фугасок. В то время как в фюзеляже «ила» можно было подвесить лишь десять бомб ФАБ-100 или ФАБ-50.

Работу поручили ОКБ-240 под руководством В.Г. Ермолаева, организованному в системе Гражданского Воздушного Флота. Ему предстояло превратить смешанную конструкцию в металлическую, сохранив общую схему, размеры, другие параметры, и представить первый экземпляр машины не позднее 10 апреля 1940 года. Выдающихся летных данных намечалось достичь путем установки двух двигателей М-106 мощностью 1350 л.с. Однако М-106 к требуемому сроку довести не удалось. Помешали серьезные эксплуатационные дефекты: тряска на переходных режимах работы, детонация топлива, освинцовывание свечей, дымление, выброс масла и так далее, и так далее, и так далее (с М-106, на который вначале возлагали большие надежды, промучились до конца 1942 года, потом махнули рукой). Конструкторам пришлось удовольствоваться менее выгодным мотором М-105 с взлетной мощностью 1100 л.с. и высотностью 4000 м.