С целью расширения моторной базы Ил-2 и повышения его боевой живучести в июле 1941 года было предложено установить на штурмовик мотор воздушного охлаждения М-82 взлетной мощностью 1675л.с. Это предложение было весьма актуальным, так как быстрое продвижение немецких войск поставило под угрозу серийное производство моторов АМ-38.

Для постройки этого самолета часть бронекорпуса серийного Ил-2, являвшаяся капотом мотора АМ-38, была снята, а по переднему лонжерону центроплана установлена двойная бронеперегородка, воспринимавшая все нагрузки от сварной трубчатой моторамы мотора М-82. Мотор при этом не бронировался и акрывался обычным капотом типа NACA из легкого алюминиевого сплава. Переход от мотора к фюзеляжу получился неплавный и заметно ухудшал аэродинамику самолета.

Вместо заднего бензобака, располагавшегося за бронеперегородкой пилотской кабины, оборудовали кабину стрелка с блистерной установкой под пулемет УБТ калибра 12,7мм. Стрелок был достаточно хорошо защищен броней, но из-за этого пулемет имел довольно ограниченные углы обстрела. Для сохранения прежней дальности полета емкость топливного бака под сиденьем летчика была увеличена. Для повышения боевой живучести машины была установлена система заполнения бензобаков нейтральным газом от выхлопной системы двигателя.

Первый полет самолета Ил-2 М-82 состоялся в сентябре 1941 года. Программа заводских испытаний нового штурмовика была проведена ускоренными темпами и завершена уже через восемь дней. Летчики отмечали, что практически все летные характеристики самолета ухудшились, но дефектов обнаружено не было и штурмовик можно передавать для производства государственных испытаний.

Ильюшин предложил немедленно выпустить 30 двухместных Ил-2 М-82 с целью проведения войсковых испытаний. Предлагалось использовать двухместные Ил-2 под обозначением Ил-4 в качестве лидеров для одноместных машин. Но окончательное решение было отложено до проведения государственных испытаний.

Из-за эвакуации госиспытания были начаты только в феврале 1942 года. Несмотря на уменьшение массы пустого самолета, скорость самолета снизилась, из-за более задней центровки самолета ухудшилась продольная устойчивость. Хуже стали взлетно-посадочные характеристики, усложнилась техника пилотирования.

Вооружение самолета включало две пушки ШВАК, два пулемета ШКАС для стрельбы вперед и один подвижный пулемет УБТ. Самолет мог нести восемь РС и до 600кг бомб. Пушки располагались ближе к оси самолета, чем пулеметы, что повышало точность стрельбы.

В мае 1942 года был выпущен первый серийный Ил-2 М-82. Но к этому времени уже был налажен выпуск двигателей АМ-38, а моторы М-82 были необходимы для установки на истребители Ла-5. Поэтому дальнейшие работы по Ил-2 М-82 были прекращены. Ильюшину было предложено создать двухместный вариант самолета Ил-2 с двигателем АМ-38.