К началу войны (1 августа 1914) было построено уже 4 «Ильи Муромца». К сентябрю 1914 они были переданы в Императорский военно-воздушный флот.

10 (23) декабря 1914 года утверждено императором постановление военного совета о создании эскадры бомбардировщиков «Илья Муромец» (Эскадра воздушных кораблей, ЭВК), ставшей первым в мире соединением бомбардировщиков. Её начальником стал М. В. Шидловский. Ему пришлось начинать работу практически с нуля — единственным лётчиком, способным летать на «Муромцах» был Игорь Сикорский, остальные с недоверием и даже враждебно относились к самой идее тяжёлой авиации, их следовало переобучить, а машины вооружить и переоборудовать.

Первый раз на боевое задание самолёты эскадры вылетели 14 (27) февраля 1915. За всю войну эскадра совершила 400 боевых вылетов, сбросила 65 тонн бомб и уничтожила 12 вражеских истребителей, потеряв при этом лишь один самолёт непосредственно в боях с вражескими истребителями. (12 (25) сентября 1916) 12.09.1916 во время налёта на штаб 89-ой армии в д. Антоново и станцию Боруны был сбит самолет (корабль XVI-ый) поручика Д. Д. Макшеева. Ещё два «Муромца» были сбиты огнём зенитных батарей: 2.11.1915 был сбит самолёт штабс-капитана Озёрского, корабль разбился, а 13.04.1916 под обстрел попал самолёт поручика Констенчика, корабль сумел дотянуть до аэродрома, но из-за полученных повреждений восстановлению не подлежал.

В апреле 1916-го года 7 немецких аэропланов разбомбили аэродром в Зегевольде, в результате чего получили повреждения 4 «Муромца». Но самая распространённая причина потерь были технические неполадки и различные несчастные случаи. Из-за этого было потеряно порядка 2-ух десятков машин. «ИМ-Б Киевский» совершил около 30 боевых вылетов, позже использовался как учебный.