В марте 1942 года назначен на должность командира 64-й кавалерийской дивизии, в июне — на должность командира 18-го кавалерийского корпуса (1-я Краснознамённая армия, Дальневосточный фронт). С ноября того же года генерал-майор Ильин последовательно назначался на должности инспектора кавалерии Донского, Центрального и 1-го Белорусского фронтов, находясь на которых, принимал участие в боевых действиях в ходе Сталинградской и Курской битв, а также Черниговско-Припятской, Рогачёвско-Жлобинской, Белорусской, Висло-Одерской и Берлинской наступательных операциях.