Во время Отечественной войны 1812 года полковник Иловайский командовал донским казачьим своего имени полком, состоял в летучем отряде Ф. Ф. Винцингероде и в середине сентября за боевые отличия был произведён в генерал-майоры. Одним из первых вошёл в оставленную французами Москву и далее участвовал в преследовании остатков Великой армии от Малоярославца до Немана. Во время Заграничных походов 1813 и 1814 годов участвовал в боях в Силезии и Саксонии, а затем и во Франции.