22 мая 1810 г. разбитые и вытесненные из Базарджика турки бросились конными группами на Шумлинскую дорогу; Иловайский понесся за ними и, преследуя их 20 верст, рассеял их совершенно, причем захватил три знамени и 98 пленных, в том числе одного пашу и 22 чиновных турок. За этот подвиг он был награжден чином подполковника. 26 апреля в сражении при Батине Иловайский, действуя на левом крыле, взял одно орудие и пять знамен, а вечером, по окончании битвы, преследуя турок, взял еще три знамени, за что был награжден чином полковника.

Для нанесения решительного удара турецкой армии Кутузов послал в тыл ей на правый берег Дуная к Рущуку корпус Маркова, в коем находился и Иловайский с двумя казачьими полками. Переплыв Дунай, Иловайский ворвался в лагерь визиря и, пока подходила наша пехота, захватил множество пленных, 2 мортиры, 7 пушек, 12 знамен, за что был награжден орденом Св. Владимира III степени.

В июле 1812 г. Иловайский начинает принимать участие в сражениях против французов. Он с особенной храбростью участвовал в делах при Романовке, под Велижем, при Поречье, поражая неприятеля и захватывая пленных. Когда французы были в Москве, Иловайский у деревни Химки атаковал ночью неприятельский авангард, разбил его, преследовал несколько верст и взял в плен 270 человек; за храбрость, деятельность и искусное распоряжение в этих делах произведен в генерал-майоры (27 лет).

При вступлении первым в оставленную неприятелем Москву Иловайский был атакован у Петровского дворца полуторатысячным неприятельским отрядом. Ударив во фланг, Иловайский разбил этот отряд, гнал до самого города, положил на месте 50 человек и взял в плен 62. Донося об этом государю, очевидец, генерал Винценгероде, прибавляет: «Считая всегда венгерскую конницу первой в мире, после виденной мной атаки Иловайского я должен отдать преимущество казакам перед венгерскими гусарами». Идя впереди Кутузова за отступившим неприятелем, Иловайский 28 октября того же года у Духовщины атаковал французского генерала Сансона и взял его в плен почти со всеми его офицерами, 280 нижними чинами и отбил при этом 10 орудий; близ Орши захватил в плен более 500 человек, а ночью у Ковно полонил одного генерала, 202 штаб– и обер-офицеров и 2262 рядовых, за что получил алмазные знаки к ордену Св. Анны II степени.

В заграничном походе 1813 и 1814 гг. он принимал деятельное участие в сражениях и особенно в преследовании разбитого неприятеля. На пути в Кульму Иловайский окружил своим полком отступавшего маршала Вандама и взял в плен его, множество штаб– и обер-офицеров и нижних чинов и захватил 8 орудий.