První stroje se dostaly k jednotkám už před napadením SSSR, v květnu 1941. Za jediný měsíc, který zbýval Sovětskému svazu do začátku války, nemohlo proběhnout řádné přeškolení pilotů, což mělo zpočátku, společně s absencí stíhací ochrany v první fázi bojů za následek katastrofální ztráty v soubojích se stíhači Luftwaffe. Nevelká bojová skupina, která létala na šturmovicích ve středním úseku fronty, však získala první bojové úspěchy. Il-2 snesly prudkou palbu zbraní menších ráží, spolehlivě dolétly na mateřské základny i se značným poškozením a nevyžadovaly ani náročnou údržbu, ani upravené rozjezdové plochy. Na přelomu let 1941–1942 byly letecké továrny evakuovány na východ, přičemž v nových podmínkách docházelo k zjednodušení technologické náročnosti letounů Il-2. Z bojových zkušeností však bylo zřejmé, že bude znovu nutné zasáhnout do konstrukce a vytvořit místo pro zadního střelce. Navíc kvůli narůstajícímu nedostatku hliníku se začal trup a později i křídla vyrábět ze dřeva. To však mělo za následek zvýšení hmotnosti a z toho pramenící pokles výkonů. Potřeba aktivní obrany však byla natolik naléhavá, že ještě před zavedením modernizovaného Il-2m2 do výroby bylo velké množství jednomístných Il-2 v polních podmínkách upraveno tak, aby mohly nést i střelce z velkorážního kulometu. Prototyp verze Il-2m2 prošel státními zkouškami v červenci 1942, ve třetím čtvrtletí téhož roku již byly tyto stroje dodávány k bojovým jednotkám.