В соответствии с постановлением правительства для проведения сравнительных эксплуатационных испытаний одновременно с Ил-18А был освоен и серийный выпуск самолетов Ил-18Б с двигателями АИ-20. Они сохраняли компоновку салонов по типу "17А", но для увеличения дальности полета пришлось увеличить их взлетную массу до 61 200 кг, в связи с чем усилили элементы конструкции шасси и крыла.
Эксплуатационные испытания с целью освоения самолетов Ил-18 летным и техническим составами "Аэрофлота", оценки ими работы материальной части самолетов были начаты 14 января 1958 г. Они проводились широким фронтом - к апрелю 1959 г. в "Аэрофлот" были поставлены 34 самолета Ил-18, из них 24 машины имели двигатели НК-4. Тренировочные и маршрутные полеты по перевозке грузов и почты выявили ненадежную работу силовых установок с двигателями НК-4. За короткий промежуток времени имели место четыре случая возникновения пожара на двигателях, причем один случай закончился отрывом двигателя от самолета в полете, а нарушение правил эксплуатации системы флюгирования винта в полете привело к тяжелому летному происшествию. Двигатели НК-4 требовали доводки, и с января 1959 г. эксплуатация самолетов Ил-18А с двигателями НК-4 была прекращена. Позднее все они были переоборудованы в самолеты Ил-18Б.
Ил-18Б. С начала 1959 г. в "Аэрофлот" стали поступать только самолеты с двигателями АИ-20, хотя некоторые специалисты авиационной промышленности и "Аэрофлота" считали более целесообразной доводку двигателей НК-4. Была предпринята попытка "реанимировать" эти двигатели: в ноябре 1959 г. начались заводские испытания второго опытного самолета Ил-18 с двигателями НК-4А с ресурсом 500 ч и с воздушными винтами диаметром 4,5 м. Но время уже было потеряно: серийный завод ╧ 24 им. М.В. Фрунзе, выпускавший НК-4, переориентировали на выпуск ракетных двигателей, а все производственные мощности Запорожского моторостроительного завода были загружены выпуском АИ-20, которые устанавливались сразу на нескольких типах самолетов: Ил-18, АН-10, АН-12, - строившихся в большом количестве.
В процессе опытной эксплуатации самолетов Ил-18 летно-технический состав "Аэрофлота" полностью освоил эти машины, и 20 апреля 1959 г. на Ил-18Б начались регулярные пассажирские авиаперевозки. В этот день экипаж Героя Советского Союза Б. Лахтина выполнил рейс по маршруту Москва - Адлер, а экипаж А. Аверкина открыл на этой машине регулярные полеты по трассе Москва - Алма-Ата. Первым регулярным международным пассажирским рейсом Ил-18Б стал полет 5 января 1960 г. по маршруту Москва - София, который выполнил экипаж И. Фролова.