В 1785 г. Ильман сопровождал статс-секретаря императрицы Екатерины II П. А. Соймонова в его поездке для осмотра приходивших в упадок Колывано-Воскресенских заводов на Алтае, где устроил фабрику для обогащения руд.
В 1793 г. Ильман вышел в отставку. Приблизительно в это время Пётр Фёдорович приобрёл землю в Гдовском уезде: сельцо Творожково с близлежащими деревнями Борки, Давыдово и Дворище.
В 1801 г. снова принят на службу, произведён в обер-берггауптманы 5-го класса (высший горный чин гражданской службы, соответствовавший чину статского советника) и назначен инспектором Горного училища, а в 1804 г. — членом Берг-коллегии — органа по руководству горнорудной промышленностью в России. К 1805 г. П. Ф. Ильман — кавалер ордена св. Владимира IV ст. В период с 1807 по 1816 гг. состоял старшим членом в Департаменте горных и соляных дел.
Пётр Ильман пользовался репутацией сведущего горного чиновника, поэтому горное ведомство не раз обращалось к нему, когда решение какого-либо вопроса требовало добросовестного исследования. В 1804 г. он по собственной просьбе был отправлен на Урал, на вновь открытые Чусовские заводы для производства опытов над изобретённым им усовершенствованным способом извлечения золота из руды. Ильман производил свои опыты на Берёзовском заводе, где первым обратил внимание на золотоносный песок, но данные опыты не дали ценных результатов. Во время посещения Урала Ильман неоднократно обращал внимание на существующие там золотоносные россыпи и, возвратясь в Петербург, в записке, поданной в Берг-коллегию, предлагал возобновить добывание золота из золотоносных песков близ Ключевского и Царёво-Елизаветинского рудников, утверждая, что это добывание обойдется дешевле, нежели разработка Чусовских руд; неизвестно почему на это указание не было обращено внимание, золото по-прежнему продолжали добывать из руд по старой технологии, и только в 1814 г. благодаря горному мастеру Брусницыну золотые россыпи Урала получили надлежащую известность.
В 1807 г. горный начальник Луганского завода Я. Х. Нилус доложил, что опыты выплавки там чугуна из местных руд были малоуспешны, поэтому приходилось переплавлять лишь чугунный лом и старые снаряды. Для исследования на месте причин такого неуспеха и изыскания средств к устранению их, был послан в 1808 г. на Луганский завод Пётр Ильман. Он производил опытную плавку на коксе Городищенских железных руд и пришёл к заключению, что едва ли можно Луганскому заводу получать из своих руд мягкий и способный к отливке чугун. Вследствие этих опытов Луганский завод продолжал своё дальнейшее действие на уральском чугуне; по мнению Е. П. Ковалевского неудачные результаты, полученные Ильманом, зависели отчасти от незнакомства его с особенностями выплавки чугуна на минеральном горючем.