Забегая вперед, скажем, что за всю историю Первой мировой войны немцам удалось сбить в воздушном бою только один самолет «Илья Муромец». Эта машина имела номер XVI, а в состав ее экипажа входили поручики Д.Д. Макшеев, М.А. Рахмин, Ф. Гаибов и корнет О.С. Карпов. 12 сентября 1916 года, успешно отбомбившись по белорусскому местечку Боруны, «Илья Муромец» был атакован четырьмя германскими истребителями, сбил три из них и со славой погиб в неравной схватке. Посмертно офицеры-летчики были удостоены орденов Святого Георгия 4-й степени, а немцы похоронили противников с воинскими почестями. В 2009 году на месте гибели героического экипажа был установлен памятный знак.

В сентябре 1916 года основные силы ЭВК были переброшены из Пскова в Винницу. В течение года РБВЗ отправил на фронт 39 новых самолетов, из которых в боях участвовали 12. Они совершили 156 боевых вылетов, сбросив 1180 пудов бомб. В этом году на вооружение русской авиации поступили новые модификации «Муромца» – три варианта серии Г. Эти вариации создавались Сикорским с учетом фронтового опыта. На 1916 год наиболее совершенным вариантом самолета была версия Г-2, оснащенная мощным оборонительным вооружением, но имевшая уменьшенную бомбовую нагрузку.

На январь 1917 года ЭВК состояла из тридцати кораблей, из которых два находились на Юго-Западном фронте и два на Западном. Февральский переворот не сказался на планах РБВЗ по совершенствованию самолетов: в июле 1917-го в Петрограде была испытана модификация Г-3 с усиленным фюзеляжем, увеличенными стабилизаторами, усиленным вооружением (в том числе пулеметной точкой в хвосте) и мощными двигателями (два «Renault» по 225 лошадиных сил и два РБВЗ по 150 лошадиных сил). Скорость этого самолета достигала 129 километров в час. Однако было построено только восемь самолетов такого типа. В том же году появилась версия Г-4 и наиболее совершенный «Илья Муромец» – серии Е. Их экипаж составлял уже 7–8 человек, машина вооружалась восемью пулеметами, оснащалась 220-сильными двигателями «Renault» и на тот момент была наиболее совершенным тяжелым бомбардировщиком мира. Осенью 1917-го рассматривался проект переоборудования части бомбардировщиков в торпедоносцы, но в реальность он воплощен не был.

Боевая активность «Муромцев» в 1917 году из-за революционных обстоятельств была заметно ниже, чем раньше. Отношения между офицерами и солдатами стали почти враждебными; 28 апреля из-за совершенной солдатами наземной команды диверсии в полном составе погиб экипаж «Ильи Муромца I» во главе с командиром старшим лейтенантом Г.И. Лавровым – солдаты подпилили стойку крыла, и самолет разрушился во время полета. Те «Муромцы», которые продолжали воевать, летали на Юго-Западном и Румынском фронтах. Нередко воздушные бои принимали ожесточенный характер. Так, 25 апреля самолет капитана Г.В. Клембовского успешно отбился от трех «фоккеров», причем два из них сбил; 21 сентября бомбардировщик капитана Р.Л. Нижевского удачно отбомбился по станции Троян, уничтожив три состава с боеприпасами, но на обратном пути подвергся атаке двух германских истребителей. Один член экипажа «Муромца» был ранен смертельно, другой – тяжело, два мотора выведены из строя, но гигантский самолет дотянул до аэродрома на двух двигателях. За весь 1917 год ЭВК совершила около 70 боевых полетов, сбросив 650 пудов бомб. Всего же в Первой мировой войне приняли участие около 40 самолетов «Илья Муромец» (на фронт поступил 51, но некоторое количество самолетов было потеряно из-за аварий и стихийных бедствий), совершивших около 300 боевых вылетов.