Водорадиаторы располагались в специальных каналах внутри консолей крыла. Забор охлаждающего воздуха осуществлялся в носке крыла с выходом в верхней части задней кромки крыла. Выход воздуха регулировался жалюзи. Маслорадиаторы помещались в передней части мотогондол под моторами в специальных тоннелях для продува воздуха.
Бензобаки емкостью 1300 и 260 л находились в забронированной части фюзеляжа. Оба бензобака имели протектор. Предусматривалось заполнение главного бензобака в полете нейтральными газами. Два маслобака емкостью по 70 л каждый располагались в мотогондолах рядом с моторами.
Шасси двухстоечное выполнялось по типу самолета Ил-2. Выпуск и уборка – от воздушной системы. Аварийный выпуск – от гидравлической системы. Основные колеса шасси имели размеры 1000×350 мм. Хвостовое колесо убирающееся.
Самолет оснащался радиополукомпасом РПК-2н, истребительной радиостанцией РСИ-4, авиагоризонтом АГП-1, аэрофотоаппаратом АФА-И.
Стрелково-пушечное вооружение Ил-6 было мощным. Первоначально рассматривались три варианта: одна пушка калибра 37 мм (50 снарядов) и четыре пулемета ШКАС (1600 патронов) или три пушки калибра 23 мм (300 патронов), либо две 23-мм пушки (200 патронов) и четыре пулемета ШКАС (2000 патронов). В дополнительных материалах к эскизному проекту был предложен четвертый вариант, который и был принят макетной комиссией в качестве основного. Этот вариант включал 37-мм пушку Ш-37 (40 патронов), две пушки калибра 23 мм ВЯ (200 патронов) и четыре пулемета УБ калибра 12,7 мм (700 патронов). Все оружие компактно размещалось в носу самолета, что позволяло с дальности 100 м «обеспечить сходящийся веер».
На консолях за моторами предусматривалась установка 8 ракетных орудий РО-132. В центроплане крыла имелись шесть бомбовых отсеков общей емкостью 600 кг, в том числе 6 бомб калибра 100 кг или более мелкие бомбы в кассетах КД-1–6 или КМБ. В бомбоотсеки можно было загрузить 180 зажигательных бомб ЗАБ-2,5 т или 216 осколочных бомб АО-2,5, либо 36 бомб типа АО-8, АО-10, АО-20 или АО-25, а также 6 бомб калибра 50 или 100 кг типа ЗАБ-50, ФАБ-50 и ФАБ-100. На трех внешних узлах под центропланом допускалась подвеска бомб крупного калибра от 250 до 1000 кг: одна бомба ФАБ-1000 или БРАБ-1000, либо две бомбы типа ФАБ-500 или БРАБ-500, либо три бомбы ФАБ-250 или БРАБ-220. Нормальная бомбовая нагрузка устанавливалась на уровне 400 кг, в перегрузку – 1000 кг.
Проектом предполагалось использовать моторы АМ-38 или АМ-37. Нормальный полетный вес во всех вариантах ограничивался 9000 кг.
По расчетам, с моторами АМ-38 максимальная скорость составляла 575 км/ч на высоте 2000 м и 525 км/ч у земли. Время подъема на высоту 3000 м не превышало 3,4 мин, а на высоту 5000 м – 7,5 мин. Практический потолок – 7850 м. Посадочная скорость – 125–130 км/ч. Разбег – 490 м, пробег – 520 м.
Дальность полета на высоте 200 м с бомбовой нагрузкой 400 кг в бомбоотсеках и запасом горючего 900 кг на скорости 425 км/ч достигала 700 км. В перегрузку (1200 кг горючего) дальность увеличивалась до 900 км.
С высотными моторами АМ-37 летные данные самолета у земли ухудшались,