Проект был направлен в НИИ ВВС в феврале 1948 г., а в июле макет в варианте с установкой Ил-ВУ-11 был предъявлен к защите. В подписанном 21 июля 1948 г. акте председатель Государственной макетной комиссии Главком ВВС Маршал авиации К. А. Вершинин сделал разработчикам серьёзные замечания, ставящие под сомнения саму идею самолёта. Например, Заказчику не понравилось, что одновременно по цели можно было стрелять только из крыльевых или фюзеляжных пушек. Были и другие вопросы, но Ильюшин стал самолёт строить, заменив только неподвижные наклонные фюзеляжные орудия на четыре пушки в крыльях, которые могли отклоняться вниз, отслеживая перемещение цели под штурмовиком. Все пушки были теперь нового типа — Ш-3 Б. Шпитального калибра 23 мм. Кроме того, обеспечивалась внешняя подвеска двух бомб калибра до 500 кг или четырёх по 100 кг и усиливалось ракетное вооружение. 5 декабря 1948 г. первый полёт на Ил-20 выполнил лётчик-испытатель В. К. Коккинаки с ведущим инженером Виноградовым. Скорость оказалась не выше, чем у серийного Ил-10, а мотор М-47 конструкции М. Р. Флисского работал ненадёжно и не позволил снять с опытной машины все положенные данные. Но это было ещё полбеды — никуда не делись недостатки, выявленные при защите макета.
Подход к мотору был неудобен, из кабины пилота техник работал на нём вниз головой, для снятия крышек блоков цилиндров при замене свечей двигатель надо было снимать. Лётчик войти в кабину при работающем моторе не мог. Увеличение миделя и боковой проекции самолёта обещало рост числа попаданий в него при обстреле с земли и с воздуха, и рост веса брони по сравнению с Ил-10 не улучшал живучесть. Не было аварийного сброса фонарей кабин, а при аварийном покидании самолёта лётчик мог попасть под близко расположенный к кабине винт.
Постановление Совмина от 14 мая 1949 г. прекратило испытания Ил-20. Улучшить обзор вперёд и вниз удалось только на реактивных самолётах, двигатели которых «ушли» из носовой части, но ОКБ-240 Ильюшина не воспользовалось этим в проекте нового штурмовика Ил-40.
ЛТХ опытного штурмовика Ил-20
Двигатель — М-47, 3000 л.с. на взлёте, 2300 л.с. у земли, 2400 л.с. на границе высотности
Вес пустого — 7535 кг
Взлётный нормальный вес — 9500 кг
Взлётный вес в перегрузочном варианте — 9820 кг
Скорость у земли — 450 км/ч, на высоте 2800 м — 515 км/ч
Время набора высоты 3000 м — 8 мин
Дальность с нормальной нагрузкой — 1180 км
Размах крыла — 17 м
Площадь крыла — 44 м
