射击中的 伊尔-2M，注意后向机枪
双座型主要是在木制机翼的后期型 伊尔-2 基础上加上后座，并向后安装一挺贝雷金 UBT 型 12.7 毫米机枪。同时由于重量增加而使最高时速下降了十几公里，而且火箭弹的携带量也被限制在最多 4 枚。
1945 年德国柏林上空的一队 伊尔-2M
这种型号被称为 伊尔-2 二型，也叫 伊尔-2M，从 1942 年 9 月投入量产。
机场列队的 伊尔-2M，背景可见 U-2 双翼机
因为加装了后座机枪，使得 伊尔-2M 的生存能力大大提高，德军战斗机遂将后座机枪手作为射击重点，所以 伊尔-2M 后座机枪手的伤亡率一直居高不下。
冬季涂装的 伊尔-2M，机身上写着“向图瓦人民代表致敬！”图瓦是位于南西伯利亚的一个加盟共和国
伊尔-2M 的飞行员与后座机枪手，机枪手没有装甲保护，伤亡率极高
伊尔-2M3“黑死神”
1943 年初，苏联对 伊尔-2M 施加进一步改进：为了获得更好的稳定性而将一直采用的机翼前部后掠角 5 度增大为 15 度，这种改型称为 伊尔-2 三型，也叫 伊尔-2M3。中后期生产的 伊尔-2M3 还换装了低空性能优异的 AM-38F 引擎（1,500 马力，超负荷运转时可达到 1,720 马力）。苏军在 1941 年曾想将舒维佐夫 M-82 气冷式引擎装载在 伊尔-2 上，但由于当时还有很多别的机种使用该引擎使得供应不足，因此未予采纳。
波兰华沙 Wojska Polskiego 博物馆中的 伊尔-2M3，方向舵已丢失
安装 M-82 发动机的 伊尔-2
掩藏在树丛中的 伊尔-2M3
仅在 1943 年这一年，苏联就生产了 11,200 架各型 伊尔-2，占苏联飞机生产总数的三分之一！
伊尔-2 除了能携带普通炸弹之外，还可发射反坦克火箭弹和称为 PTAB 的小型炸弹。虽然以当时的技术来说，火箭弹的命中率低得可怜，但是一旦命中，RS-82 型火箭可击穿 50 毫米装甲，而 RS-132 型的穿甲厚度达到了 70 毫米！这对当时任何德国坦克的顶部装甲来说无异于灭顶之灾，因此德国地面部队—尤其是装甲兵将 伊尔-2 称为“黑死神”。
在大战后期，苏联的物资供应趋于缓和，因此从 1944 年开始出厂的 伊尔-2 都改为全金属机翼，更晚的型号将机身后部也改为全金属制。
1944 年底，苏联大约有 160 个对地攻击航空团装备着 伊尔-2 攻击机，总数 36,136 架。随着后继机型 伊尔-10 从 1944 年 10 月开始列装，伊尔-2 慢慢退出一线。在战后曾经装备过波兰、捷克斯洛伐克、南斯拉夫和保加利亚空军，直到 50 年代中期 伊尔-2 仍然在这些部队服役。
莫尼诺空军博物馆的 伊尔-10
伊尔-2 侧面图
伊尔-2，部队不明
伊尔-2，部队不明
伊尔-2，第 174 对地攻击航空团（ShAP）。1942年列宁格勒战线
伊尔-2，N.A.兹普座机（后为苏联英雄），部队不明。机身上写“消灭法西斯占领军！”
伊尔-2，1943年列宁格勒战线，部队不明
伊尔-2，1944 年爱沙尼亚战区，部队不明。机身上书写著名试飞员瓦列里-契卡洛夫的姓名（1938 年死于事故）
伊尔-2M，部队不明
伊尔-2M，黑海舰队第 8 近卫对地攻击航空师（GvShAD），1943 年
伊尔-2M，第 230 对地攻击航空师所属第7近卫对地攻击航空团 V.B.叶梅利亚年科空军大尉座机（苏联英雄），1944 年春季
伊尔-2 家族
伊尔-2 的变型机
伊尔-23M型
听上去很奇怪的编号。在 1941 年后半年，苏军为了加强反坦克效果而试验性地在单座型 伊尔-2 飞机机翼安装 Sh-37 型 37 毫米火炮，火炮安装在炮舱内。但是实验证明瞄准十分困难，而且火炮射击后座过大，以至于损坏了安装结合部分，因此只制造了一架试验机便告结束。之后又在双座型 伊尔-2M 和 伊尔-2M3 的基础上安装新型的 NS-37 型 37 毫米火炮，其威力可贯穿 48 毫米厚的装甲（普通的 VYa-23 只能贯穿 25 毫米厚），这种型号制造了不少并参加过库尔斯克会战和之后海军航空兵的反舰艇行动。不过，由于瞄准困难的问题没有解决，加上机身变得更为笨重，因此它并不受前线飞行员的欢迎。
伊尔-2M3（实际上是装备 NS37 火炮的 伊尔-23M 型），部队、时间不明
左图：伊尔-23M 翼下的 Sh-37 火炮，身管较短 右图：后期的长身管 NS-37 火炮
伊尔-2KR型
这种型号是用来确定报告炮弹着点的观测机。从 1943 年开始出现，主要是在 伊尔-2M3 的基础上减轻装甲，装备了和地面指挥部联络用的 RSB-Bis 无线电台，并且将天线支柱前移到第一风挡上。部分 IL2KR 型将后部机枪更换为 AFA-1 或 AFA-1M 型航空照相机。
伊尔-2KR，部队不明。1944 年 8 月爱沙尼亚共和国领空
伊尔-2KR，第96炮兵观测航空团（OKAP）所属，1944 年
伊尔-2U
由于 伊尔-2 的操纵系统十分独特，没有实际飞行过的人很难操作使得前线新兵的飞行事故有增无减。设计组开发了专用的 伊尔-2 训练机型。训练型称为 U 型，和 伊尔-2M 一起投产、后来又转到以 伊尔-2M3 为基础。主要是将实战型机翼上的 Vya-23 机炮拆除，保留 ShKAS 机炮，可以挂载炸弹和火箭弹因此拥有一定的作战能力。后机枪座被铁皮或者玻璃封住。伊尔-2U 也成为 伊尔-2UT 或 U伊尔-2 型。
伊尔-2T
这是专门为黑海舰队改装的鱼雷机。在 伊尔-2M3 的基础上进行改装，机体下部可挂 450 毫米鱼雷一条，生产数量极少。
伊尔-2T
伊尔-2I
在战斗中 伊尔-2 击落轴心国轰炸机和运输机的战例时有发生，使得军方产生了改制一种战斗型的想法。试验从 1943 年夏季开始进行，严格意义上来说是希望制成一种专用反轰炸机的拦截机。主要是将单座型 伊尔-2 的后期生产型减轻装甲重量并把引擎更换为 AM-38F。但由于没有多余的生产线可供使用，加上 伊尔-2 战斗型的空战性能比对地攻击型并无很大提高，因此没有投入量产。