За кабиной летчика располагались бензо- и маслобаки. За ними находилась кабина стрелка, дистанционно управляющего 23-мм пушкой, размещенной в подвижной установке Ил-ВУ-11 с гидравлическим приводом и механизмом для обвода ствола пушки по контуру фюзеляжа и хвостового оперения (в целях защиты их от поражения собственным огнем).
Установку Ил-ВУ-11 спроектировали в ОКБ Ильюшина. Она обеспечивала большие углы обстрела в верхней части задней полусферы: вверх - 80° и вправо и влево - по 90° Максимальная угловая скорость перемещения оружия в подвижной установке составляла 40-45 град./с.
Для защиты от атак истребителей противника со стороны задней нижней полусферы снизу фюзеляжа установили кассету ДАГ-10, в которую загружались 10 авиационных гранат АГ-2.
Хвостовое оперение - однокилевое, крыло и горизонтальное оперение - трапециевидные в плане. Водо-и маслорадиаторы размещались в центроплане, воздухозаборник мотора - в нижней части фюзеляжа, в районе переднего обреза крыла.
Колеса шасси (1000x350 мм) убирались в центроплан с поворотом вокруг оси на 90° как на самолете Ил-10. Хвостовое колесо (470x210 мм) также убираемое.
Кабины летчика и стрелка, мотор, системы питания топливом и смазки, система охлаждения находились внутри бронекоробки. При этом передняя нижняя часть бронекорпуса с мотором имела две плоскости разъема - по полу кабины летчика и по заднему торцевому шпангоуту. Это позволяло быстро снять неисправный или поврежденный мотор вместе с бронекапотом и заменить его другим мотором, заранее установленным на такой же взаимозаменяемый бронекапот.
Схема атаки обычного штурмовика (2) и штурмовика Ил-20 (1)
Фонарь кабины летчика имел лобовое бронестекло толщиной 100 мм и два боковых передних бронестекла толщиной 65 мм. Позади летчика устанавливалось бронестекло, также толщиной 65 мм.
В верхней части кабины с боков фонаря предусматривались броневые листы толщиной 10 мм. Борта кабины имели толщину 8 мм, задняя перегородка за летчиком выполнялась из брони 10 мм - в ее нижней части и 15 мм - в ее верхней части.
Стрелок сзади защищался 100-мм бронестеклом, с боков - 65-мм бронестеклом, передним верхним броневым листом за бензобаком и бортовыми 6-мм листами, нижним бронелистом толщиной 8 мм, верхней и нижней экранированной броней - два броневых листа толщиной по 8 мм каждый с промежутком между ними.
Бронирование мотора включало бронекорыто из листов толщиной 6, 8 и 12 мм, защищающее его спереди, снизу и с боков. Верхний лист бензобака толщиной 4 мм, боковые листы 6 мм и плиты за бензобаком 10 мм полностью прикрывали его с тех сторон, где не было другой брони. Радиаторы защищались с боков листами в 4 мм, щитком радиатора внутри бронекорыта мотора в 6 мм, нижними бронелистами толщиной 8 мм, двумя 10-мм бронезаслонками водо- и маслорадиаторов.
По сравнению со схемой бронирования Ил-10 толщина металлической брони на Ил-20 возросла в среднем на 49%, а прозрачной - на 59%. Общий вес металлической брони составлял 1840 кг, а прозрачной - 169 кг.
Самолет предполагалось оснастить современным пилотажным, навигационным и радиосвязным оборудованием, тепловой противообледенительной системой. Это расширяло возможности его использования в сложных метеоусловиях.
Наступательное вооружение штурмовика предусматривалось в двух вариантах. Первый вариант включал две крыльевые пушки калибра 23 мм для стрельбы вперед на пикировании или планировании и две 23-мм пушки, установленные под углом 22° к линии полета,- для обстрела наземных целей с бреющего полета. Емкость бомбодержателей позволяла подвесить до 1000 кг бомб. Однако нормальная бомбовая нагрузка ограничивалась 400 кг, а в перегрузку - 700 кг. Под крылом в перегрузку предусматривалась установка четырех реактивных орудий ОРО-132.
Второй вариант вооружения предполагал использование одной пушки калибра 45 мм, двух 23-мм пушек и шести ОРО-132. Бомбардировочное вооружение оставалось без изменений.
В представленных материалах эскизного проекта рассматривался и второй вариант оборонительного вооружения Ил-20. Вместо верхней оборонительной установки Ил-ВУ-11 предусматривалась кормовая пушечная установка Ил-КУ-8, расположенная в хвостовой части фюзеляжа самолета. Она обеспечивала защиту самолета в задней полусфере от атак истребителей со всех направлений. В Ил-КУ-8 стрелок находился в бронекапсуле: он был защищен бронестеклом толщиной 100 мм и изогнутой по контуру установки металлической броней толщиной 10 мм, с боков - бронестеклами толщиной 65 мм, сзади - 4-мм и с боков 6-мм бронелистами.