Итало-турецкая война 1911–1912 годов, а также войны на Балканах 1912–1913 годов послужили мощным толчком для развития военной авиации во всех странах. С этого времени обратили пристальное внимание на самолет как на серьезное боевое средство. В октябре 1911 года итальянцы впервые применили аэропланы для военных целей: на турецкие позиции в Триполи (город на севере Ливана) лейтенант Джулио Гавотти сбросил 10-килограммовые бомбы «Чипелли». 22 октября аэроплану «Блерио» итальянской воздушной флотилии, пилотируемому капитаном Пиацца, выпала честь выполнить первый разведывательный полет. В 1912 году на Балканах над полями сражений появились не одиночные самолеты, а организованные авиаотряды. За рычагами болгарских «этажерок» (так прозвали эти самолеты) сидели русские летчики-добровольцы. Под руководством предпринимателя С. С. Щетинина частные летчики А. Агафонов, И. Евсюков, Ф. Колчин, Н. Костин, В. Васильев, М. Попов, Ю. Греков, Н. Саков, Е. Маргулис, Н. Покровский, Н. Кирштейн составили первое в истории боевое авиационное подразделение. Русские летчики фотографировали вражеские позиции, сбрасывали бомбы и листовки. Еще раньше этого отряда добровольцев на своем самолете «Блерио» в Болгарию прибыл Тимофей Ефимов, брат Михаила Ефимова, совершившего первый полет на самолете в России (1910 г.). В ноябре 1912 года Тимофей Ефимов получил от болгарского генерала задание сбросить листовки с требованием капитуляции турок в осажденной крепости Адрианополь. За этот опасный полет Ефимов был представлен к награде. После Балканских войн ведущие державы стали диктовать конструкторам свои условия и специфические требования к аэропланам. Тем не менее о боевом стрелковом вооружении пока не было и речи.
К началу Первой мировой войны самолеты «Илья Муромец» не имели себе равных ни по размерам, ни по весу, ни по полезной нагрузке. Однако первое время этот гигант использовался совсем не в роли бомбардировщика, а, как ни странно, в роли разведчика и даже истребителя. Под фюзеляжем на специальной платформе разместили 37-мм пушку для уничтожения самолетов противника. Как пришла эта мысль в голову начальству, не совсем понятно. В результате такого бездарного применения «Ильи Муромца» особых преимуществ его перед обычными самолетами выявлено не было. И даже наоборот, при виде летящего в разведывательном рейде гиганта на него слетались все истребители противника. Поэтому военные все чаще стали высказывать мысль о прекращении производства дорогостоящих и сложных в обслуживании многомоторных самолетов. Положение усугублялось тем, что пилотирование тяжелых воздушных кораблей сильно отличалось от управления многочисленными типами легких аэропланов. В самом начале войны Сикорский был единственным, кто мог пилотировать четырехмоторный гигант, и ему самому пришлось готовить летчиков на новые машины.
В основном на эти самолеты устанавливалось следующее вооружение: 37-мм пушка Гочкиса, два пулемета «максим», два ружья-пулемета Мадсена и два пистолета «маузер». В связи с тем что первые самолеты «Илья Муромец» в роли истребителей и разведчиков не смогли реализовать поставленных задач, 2 октября 1914 года было принято решение о прекращении производства этих самолетов. И. И. Сикорский был категорически не согласен. Поэтому он написал записку военному министру В. А. Сухомлинову, в которой умолял, чтобы ему на деле дали возможность доказать пригодность «муромцев» для военных целей, создав из них отдельное боевое соединение. Верховный главнокомандующий великий князь Николай Николаевич и сам царь Нико лай II одобрили проект создания специального соединения из «муромцев», получившее название «Эскадра воздушных кораблей» по типу эскадры морских боевых кораблей. В начале декабря 1914 года вся русская авиация стала делиться на тяжелую и легкую. Так родился прообраз стратегической авиации России. Нигде в мире еще не существовало подобных соединений.
Для новых задач потребовалось иное вооружение, были установлены другие двигатели, несколько уменьшены размеры, усовершенствовано оборудование для бомбометания — в фюзеляже установлены бомбодержатели, бомбосбрасыватель и прицел. «Илья Муромец» мог теперь брать 400 кг бомб, примерно в 10 раз больше, чем другие самолеты времен Первой мировой. Для обороны от истребителей установили пулеметы «максим». Первый боевой полет состоялся 15 февраля 1915 года. «Муромец» совершил весьма удачный рейд. Необходимо было выявить и уничтожить переправы через Вислу. Переправ обнаружено не было, тем не менее весь груз бомб все же сбросили на вражеские позиции. Столь удачная операция моментально изменила отношение к «Илье Муромцу». За 1915 год самолеты Эскадры воздушных кораблей совершили более 100 успешных боевых вылетов, сбросили на неприятельские объекты около 20 т бомб. В 1916 году на вооружение стали поступать новые варианты «Ильи Муромца» — Г и Е — с улучшенными характеристиками, увеличенной грузоподъемностью и вооружением. Всего за годы Первой мировой войны было построено 78 самолетов «Илья Муромец». На них было выполнено более 400 боевых вылетов, сброшено около 70 т бомб. 5 июля 1915 года «Илья Муромец Киевский» № 150 вылетел на разведку и бомбометание. С собой взяли 10-пудовых (164 кг) и пять 25-фунтовых (1 фунт — 409 г) бомб, 12 зажигательных снарядов, ружье-пулемет «мадсен» и карабин. Опыт применения воздушных кораблей убедительно доказал преимущество тяжелого самолета-бомбардировщика перед дирижаблями. Несмотря на то что по дальности действия он уступал дирижаблю и по грузоподъемности не мог с ним поспорить, но по живучести превосходил безоговорочно. Успешный опыт применения многомоторных самолетов в России стал мощным стимулом для конструкторов других стран в создании подобных машин. Однако добиться таких же результатов им длительное время не удавалось. Первые бомбардировщики и у противников, и у союзников практически во всем, кроме скорости, уступали более старой конструкции самолета И. И. Сикорского.
