Всего в течение 1915 года «Ильи Муромцы» выполнили около ста боевых вылетов, зачастую проникая в глубь территории противника более чем на 200 километров. С начала июня из-за отступления русской армии из Польши штаб ЭВК переместился из Яблонны в белорусскую Лиду, а еще позже – в Псков; кроме того, два «Муромца» базировались на Юго-Западном фронте и две – на Северном. Потерян был только один самолет: 2 ноября 1915-го «Илья Муромец» штабс-капитана Д.А. Озерского во время бомбежки станции Барановичи попал под сильный зенитный огонь, был поврежден, с трудом пересек линию фронта и упал под деревней Прилуки, недалеко от Минска.
На протяжении 1915 года в постройке находилась одна серия «Муромцев» – В. Серия В (построено более 30 машин) оснащалась в основном английскими двигателями «Sunbeam» мощностью 150 лошадиных сил, но строились также самолеты с немецкими 140-сильными двигателями «Argus» и русскими 150-сильными РБВЗ. Эти самолеты были несколько меньше по размеру и массе, имели экипаж из четырех человек и вооружались одним-двумя пулеметами. Некоторые из них строились в двухдвигательном варианте, такие машины использовались как учебные. В самом конце года была запущена серия Г, она отличалась более крупной размерностью, в экипаж этой машины входили шесть человек.
На протяжении 1916 года экипажи «Муромцев» продолжали активную боевую работу – вели разведку, выполняли бомбометания. Поскольку на вооружении германской авиации уже имелось множество хорошо вооруженных истребителей, их экипажи регулярно предпринимали попытки сбить противника, но русские авиаторы смело вступали в схватки с врагом. Так, когда 19 марта 1916 года «Муромец» поручика А.В. Панкратьева был атакован двумя истребителями «Fokker»; в завязавшейся перестрелке один член экипажа русского самолета был смертельно ранен, второй получил ранение, но один из вражеских истребителей был сбит. 2 июля 1916 года, как следует из бортжурнала лейтенанта Г.И. Лаврова, его «Муромец» «
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.