I 1911 reiste han tilbake til landsbyen hvor han vokste opp og arbeidet på stedets meieri. Året etter arbeidet han på anlegget av Amur Railway, og i 1913 var han i Tallinn hvor han arbeidet på et skipsverft. Da første verdenskrig brøt ut ble Iljusjin innkalt til den Den keiserlige russiske hær hvor han tjenestegjorde i infanteriet og senere, siden han kunne skrive, som kontorist i Vologdas administrasjon. Da det kom spørsmål om syv frivillige til den nyopprettede Aviation Section, var han rask til å melde seg. Han arbeidet først som mekaniker og bakkemannskap. Sommeren 1917 ble han kvalifisert som pilot. I mars 1918 ble han demobilisert og sendt tilbake til sin landsby. Han hjalp til med den økende nasjonalisering av fabrikkene i området og i oktober 1918 meldte han seg inn i bolsjevikpartiet. Iljusjin ble innkalt til Den russiske borgerkrigen og til den Røde armé i mai 1919 som flytekniker. Den høsten ble et Avro 504 biplan fra Den hvite armé tvunget til å lande nær Petrozavodsk. Ilyushin ledet et team som demonterte og sendte det til Moskva hvor det ble gjenoppbyggert, fikk ny motor og fikk betegnelsen U-1 Sovjets første skolefly. Det ble etterhvert bygget i 737 eksemplarer.