Первый этап летных испытаний (еще без аппаратуры Игла), завершенный в том же 1968 г., выявил, что по пилотированию Ил-20 отличается от серийного Ил-18Д незначительно. Управление им было легким и удобным, вместе с тем наличие подфюзеляжной гондолы с большой боковой поверхностью вызвало уменьшение запаса путевой статической устойчивости. Однако проявлялось это в основном только при полете с зафлюгированным крайним двигателем, когда отклонение самолета по курсу и крену происходило более интенсивно, чем на пассажирском Ил-18Д. Но и в данном случае значения крена не выходили за ограничения.
Второй этап летных испытаний (с аппаратурой Игла) начался в том же 1968 г. и завершился летом следующего 1969 г. с положительной оценкой. Полеты были зачтены в качестве этапа А совместных государственных испытаний, и самолет был рекомендован к серийному производству. Разработка чертежей для серийного производства на заводе Знамя труда╩ началась еще в 1968 г., и на рубеже нового десятилетия из цехов начали выходить уже первые серийные машины. Этап Б совместных государственных испытаний Ил-20 прошел в 1970-1971 гг., после чего начал поступать в войска.