Правда, после демобилизации около года Ильюшин в качестве заведующего отделом сооружений Вологодского совета народного хозяйства не имеет ничего общего с авиацией, но в мае 1919 года он возвращается в Красную Армию, работает авиационным механиком шестого авиационного поезда, затем переводится старшим механиком во второй авиапарк Кавказского фронта, а в 1921 году его назначают начальником мастерских кавказского авиационного поезда Отдельной Кавказской армии.

Отсюда Ильюшин и получает командировку в Московский институт инженеров воздушного флота, вскоре преобразованный в Военно-воздушную академию имени Н. Е. Жуковского.

Ильюшин окончил академию по инженерному факультету в 1926 году, но самостоятельную конструкторскую работу он начал уже на втором году своего пребывания в академии. И к этой работе и к теоретическому курсу будущий конструктор пришел с огромным практическим, можно бы сказать — «чернорабочим» опытом, доставшимся ему как авиамеханику. Как расчетливый хозяин Ильюшин употребил свой опыт прежде всего на постройку учебных планеров. При кажущейся незначительности предприятия тогда это было большое и важное дело общественного и личного — для конструктора — значения. Конструкция учебных планеров Ильюшина «Мастяжарт» (1923 год) и «Рабфаковец» (1924 год) положила начало развитию массового учебного планеризма в Советском Союзе. В день десятилетия советского планеризма правительство высоко оценило заслуги Ильюшина в этом деле и наградило его орденом Красной Звезды.

Для самого Ильюшина эта работа имела характер первоначальной школы конструкторского мастерства. Он спроектировал и построил, кроме того, ряд планеров-парителей. Планер «Москва» участвовал в 1925 году на международных состязаниях в Германии.

С легкой руки Ильюшина, русские планеристы за несколько лет научились летать на планерах дальше всех, продолжительнее всех и выше всех. Они забирались на высоту до 4 тысяч метров, держались в воздухе по тридцать восемь часов и пролетали без посадки до 650 километров. К этим рекордам они добавили первенство в области буксирования планеров, ряд женских рекордов на продолжительность полета.

Ильюшин не смотрел на планеризм, как на развлечение или как на спорт. Он предвидел в планеризме школу летчиков и конструкторов для рождающейся на его глазах советской авиации. И он не ошибся, потому что планеризм привел к конструкторскому труду и А. С. Яковлева, и О. К. Антонова, и самого С. В. Ильюшина. С планера на самолет пересели многие наши летчики, в том числе и такие мастера лётной практики, как В. Н. Головин, С. Н. Анохин, В. М. Расторгуев и др.

От планеризма к авиации Ильюшин шел не только как конструктор, но и как организатор. Он вошел в лётное дело как хозяин, поставив своей конечной целью ту же задачу: советские самолеты должны летать выше всех, дальше всех и быстрее всех.

Ильюшин понимал, что эта задача не может быть выполнена одним человеком, и он прежде всего решил создать творческий авиационный коллектив.

Типично русский человек, Ильюшин с первых же самостоятельных шагов в конструкторском деле отнесся к нему, как к великому национальному делу. Он проектировал планеры и участвовал в организации наших первых планерных состязаний, он учился сам и учил других. Его, студента академии, окружала молодежь, к нему приходили за помощью и советом.

По тому глубокому увлечению, с которым Ильюшин работал над дипломным проектом истребителя, можно думать, что конструкторская работа была истинным его призванием. Но, окончив академию, он не сразу взялся за нее. Пять лет, с 1926 по 1931 год, Ильюшин бессменно председательствовал в самолетостроительной секции Научно-технического комитета Военно-воздушных сил Красной Армии, а с весны 1930 года еще работает и в Научно-испытательном институте в качестве помощника начальника по научно-технической части. Только в 1932 году на заводе имени Менжинского приступает Ильюшин к конструкторской работе и создает здесь свой известный двухмоторный транспортный самолет, которому присваивает литеры Центрального конструкторского бюро — «ЦКБ». На этой машине с большим радиусом действия и значительной крейсерской скоростью В. К. Коккинаки установил ряд международных высотных рекордов, сделав впервые на двухмоторном самолете «мертвую петлю», и затем в 1938 году совершил полет из Москвы в район Владивостока, покрыв 7600 километров за двадцать четыре часа тридцать шесть минут.

Самолет Ильюшина Коккинаки тогда же назвал «машиной беспредельных возможностей», и 25 апреля 1939 года он осуществил одну из этих возможностей, совершив перелет из Москвы в Америку — на запад, через океан, покрыв за двадцать два часа пятьдесят шесть минут 8000 километров.

«Материальная часть работала безотказно, — докладывал Коккинаки в рапорте И. В. Сталину, — горючего оставалось на полторы тысячи километров».

В своем дневнике 10 марта штурман самолета М. X. Гордиенко, рассказывая о подготовке к перелету, писал:

«Ездил к самолету. Хороша машина! Работа на ней кипит вовсю. Душа дела — Сергей Владимирович Ильюшин».

Когда при обсуждении маршрута полета в Америку, две трети которого проходят над водой, Ильюшина спросили:

— Гарантируете ли вы посадку на море?

Он ответил:

— Гарантирую посадку в Северной Америке!

Этот гордый ответ конструктора не был фразой. Ильюшин верил в свою машину, как в самого себя, и не без основания. Вся работа его в Научно-техническом комитете была связана с опытным самолетостроением. В течение шести лет конструктор имел возможность изучать мировую авиационную технику и принимать участие в развитии опытного самолетостроения у нас.

Еще большее значение имела для Ильюшина его работа в Научно-испытательских институтах, где проходили вопросы всего комплекса самолетостроения.

Работа в Научно-испытательном институте и в Научно-техническом комитете расширила кругозор конструктора, дала возможность детально изучить огромное количество конструкций.

Это изучение не было отвлеченным, а все время связывалось с практической деятельностью. Именно в этой большой школе Сергей Владимирович обдумал, понял, почувствовал свою первую столь совершенную машину, отсюда он начал осторожно разрабатывать идею штурмового самолета и здесь был задуман скоростной бомбардировщик.

С тех пор как создан первый жизнеспособный самолет, творческое дело авиаконструктора заключается не в изобретении новой летательной машины, а в выращивании, совершенствовании во всех направлениях доказавшего свою способность к развитию самолета. Так и понял свою задачу Ильюшин. Одновременно он понял и то, что только при полном знании всего уже достигнутого мировой техникой в этой области конструктор может сделать следующий шаг вперед. Не важно, по своей ли инициативе или по воле сложившихся обстоятельств Ильюшин прошел эту единственную в своем роде подготовку к конструкторскому труду. Важно, что он как умный и большой хозяин «не предпринимал ничего невозможного и делал все возможное» для достижения своей цели.

Из огромного запаса всесторонних знаний в области опытного самолетостроения и развилось в Ильюшине то «чувство авиации», которое позволяет ему угадывать надолго вперед основное направление в развитии самолетостроения. Насколько это чувство ведет его по верному пути, показывает, например, хотя бы тот факт, что «Ил-4», бомбардировщик, который так превосходно воевал с фашистами в период Великой Отечественной войны, спроектирован Ильюшиным в 1933 году и эксплуатировался с успехом в течение более десяти лет.

О том, как выращивается конструктором машина, можно судить по тому же самолету «ЦКБ».