Høsten 1921 forlot Iljusjin det militære og begynte på Institute of Engineers of the Red Air Fleet (senere Zhukovsky Air Force Engineering Academy) i 1922. I disse årene konsentrerte han seg om bygging av glidefly og deltok i mange konkurranser. I 1925 ble en av hans konstruksjoner sendt til en konkurranse i Tyskland hvor det vant første premie for lengst tid i luften. Etter å ha fått en grad som ingeniør i 1926 begynte han i TsAGI hvor han arbeidet sammen med Nikolai Nikolaevich Polikarpov og Andrej Tupolev. I 1931 ble han assisterende sjef for TsAGI, og tenkte på å starte sitt eget uavhengige konstruksjonsbyrå. I 1933 ble Iljusjin sjef TsKB etter V.R.Menzhinski som senere ble (fabrikken bak alle sovjetfly med betegnelsen , både militære og sivile i 1935.