Работы шли медленно, и лишь 20 апреля 1944 г. известный летчик-испытатель В. К. Коккинаки на заводском аэродроме авиазавода № 18 впервые поднял в воздух машину, вскоре получившую новое название Ил-10.
От своего предшественника она отличалась более мощным двигателем (номинально 2000 л. с.), чуть меньшей массой и слегка укороченными и меньшими по площади крыльями. В бронекапсулу «по многочисленным просьбам потребителей» помимо кабины водителя и мотора была полностью включена кабина воздушного стрелка. При этом толщина брони капота двигателя была увеличена снизу и с боков до 8 миллиметров вместо четырех. Бортовое и вооружение и бомбовая нагрузка не изменились. Последняя хоть и составляла по техпаспорту 600 килограммов, фактически, по данным авиационных частей, не превышала 400.
Однако запуск обновленной модификации в производство долго откладывался из-за недоработанности конструкции и двигателя. Последний во время сдаточных полетов постоянно воспламенялся, особенно при крутом планировании. Поэтому только в ноябре первые Ил-10 поступили на вооружение элитного 108-го гвардейского авиационного Рава-Русского ордена Суворова штурмового полка подполковника О. В. Топилина, прибывшего в Куйбышев специально для перевооружения на новые машины. Закончив к 12 декабря теоретический курс обучения, летно-технический состав полка перебазировался на аэродром 1-й запасной авиабригады около станций Кинель-Черкасы, где приступил к практическому освоению новой машины. Летчики были преисполнены энтузиазма, надеясь «поскорее продолжить бить фашистов» на новой технике, но в реальности их постигло разочарование. Самолет был сконструирован впопыхах и по качеству был намного хуже своего предшественника.
Так, на Ил-10 командира эскадрильи капитана Иванова в полете возник пожар. В этот момент летчик находился далеко от аэродрома, справиться с горящей машиной ему не удалось. Пожар принял катастрофические размеры, взорвался передний бензобак… Иванов погиб.
После ряда доработок эксплуатационные и качественные характеристики Ил-10 достигли некоего подобия нормы, и 26 декабря серийное производство новой машины было возобновлено.
В последнем квартале 1944 г. авиазаводами № 1 и № 18 был изготовлен 41 Ил-10. В следующем году выпуск постепенно увеличивался: 50 машин в январе, 90 — в марте, 163 — в мае. В итоге на фронт новый штурмовик попал лишь под самый конец войны и уже не мог принять активного участия в боевых действиях.
Весной 1945 г. 108-й гв. шап прибыл на фронт, имея в своем составе 43 Ил-10. На первое задание новые самолеты отправились 15 апреля.