История Ил-10 началась с проблем предшественника. Несмотря на легендарный статус Ил-2, пилоты жаловались на его уязвимость к атакам сзади, слабую маневренность и недостаточную скорость, отсутствие бронирования кабины стрелка.
В 1943 году Сергей Владимирович Ильюшин, главный конструктор ОКБ-240, получил задание: создать преемника, который сохранит бронированную мощь Ил-2, но превзойдет его во всём.
Взяв за основу уже существующее изделие, С.В. Ильюшин радикально переработал его конструкцию. Корпус стал цельнометаллическим (ранние Ил-2 имели деревянную хвостовую часть), кабина — просторнее, а двигатель АМ-42 со взлетной мощностью 2000 л.с. позволил разогнать машину до 550 км/ч — на 100 км/ч быстрее предшественника.
Его фюзеляж, выполненный по схеме «монокок», имел обтекаемую форму, резко контрастирующую с угловатыми очертаниями Ил-2. Но главное — броня. Вес бронекорпуса достигал 950 кг, при этом он интегрировался в силовую конструкцию, защищая двигатель, кабину и топливные баки. Толщина бронестекла лобового фонаря — 64 мм, бронеспинка пилота — 8 мм. «Летающий танк» превратился в «летающую крепость».
Инновации касались и вооружения. Две 23-мм пушки ВЯ-23 (позже НС-23) и два 7,62-мм пулемёта ШКАС в крыльях дополнялись задней турелью УБТ с 12,7-мм пулемётом. Бомбовая нагрузка — до 600 кг (против 400 у Ил-2), включая противотанковые кумулятивные бомбы ПТАБ-2,5. Под крыльями предусматривалось крепление для четырех пусковых установок для реактивных снарядов РС-82 или РС-132.
Ил-10 вступил в бой в середине апреля 1945 года в начале Берлинской наступательной операции. Экипажи 108-го ШАП за последние три недели войны успели совершить в общем счете 450 боевых вылетов, уничтожив шесть танков, четыре орудия, бронепоезд, 60 автомобилей и более 100 конных повозок. Летчики полка провели несколько воздушных боев с немецкими истребителями, пытавшимися их атаковать, но все атаки были отражены огнем воздушных стрелков.
118-й ШАП впервые вступил в бой в последний день войны, 8 мая. Полк получил приказ штурмовать немецкие войска, окруженные в так называемом «курляндском котле». Над целью его встретили ожесточенный зенитный огонь и яростные атаки Фокке-Вульфов, которым удалось сбить оторвавшийся от строя Ил-10 лейтенанта Лозового. За гибель товарища отомстил старший лейтенант Однобоков. Его самолет тоже был атакован, но немецкий летчик, не рассчитав скорость, пронесся мимо, так что штурмовик оказался у него на хвосте. Однобоков среагировал мгновенно, дав залп из всех стволов, от которого вражеский истребитель взорвался. До капитуляции Германии оставалось буквально несколько часов.
По итогам войны летчики 108-го полка составили отчет. В нем отмечалось, что Ил-10 выдержал проверку боем и по своим характеристикам является вполне современным штурмовиком. В числе достоинств указывалась лучшая, чем у Ил-2, защищенность и возможность более крутого пикирования на цель, что повышало вероятность попадания.
Вскоре у Ил-10 появилась возможность снова проявить себя в бою, на этот раз против Японии. К тому моменту на Ил-2 успел перевооружиться 26-й штурмовой полк ВВС Тихоокеанского флота. На второй и третий день войны он нанес серию бомбовых ударов по японским кораблям в корейском порту Расин.
17 августа экипажи того же полка провели операцию по «закупориванию» тоннелей у города Сейсин, чтобы воспрепятствовать отходу вражеских войск и вывозу ценностей из северной части Кореи. На задание отправили лучших пилотов, которые блестяще выполнили свою миссию. Пятерка Ил-10 с ювелирной точностью уложила бомбы в створы тоннелей, вызвав их обрушение.
Штурмовик Ил-10 оставался в строю до 1956 года до появления реактивной авиации. Всего было построено 6165 Ил-10.