У 2000 р. він починає працювати менеджером з продажу препаратів для контролю гризунів і побутових шкідників у компанії «UKRAVIT». За кілька місяців його призначають директором компанії. А у 2001 р. він приймає рішення викупити «UKRAVIT» і будувати власний бізнес. Компанія швидко окупила себе і перейшла на імпортозаміщення. До 2007 р. вона стала одним з лідерів національного ринку ЗЗР, а з 2013 р. почала реалізовувати свою продукцію на ринках Грузії та Молдови. На сьогодні її асортимент складає понад 140 позицій, які виготовляють на власному виробництві – «Фабриці агрохімікатів». Продукцію випускають у СОЕХ-тарі власного виробництва, спеціально розробленій для пестицидів.
Майбутнє – за технологіями. Тому Віталій Ільченко впевнений, що для того, щоб не перетворитися на сировинний придаток для більш розвинених країн, ми повинні навчитися переробляти сировину і експортувати вже готову продукцію. І в 2015 р. він вирішує створити науково-практичну платформу для досліджень та впроваджень інноваційних технологій. Разом з «Фабрикою агрохімікатів» вона стала першим кроком у створенні біотехнологічного агроіндустріального парку.
На реалізацію проекту витратили 8,5 млн. доларів та 3 роки. І сьогодні в «Інституті здоров’я рослин» працюють над фундаментальними та галузевими дослідженнями у різних галузях, а також надають агробіологічні послуги.
Віталій Ільченко першим в Україні запроваджує дослідження у форматі «Green Chemistry». Це означає мінімізацію застосування шкідливих речовин, правильну утилізацію та переробку відходів і використання поновлювальної сировини, яку в необмежених кількостях здатне постачати сільське господарство. Цей підхід дозволяє освоювати нові напрямки та ринки. І сьогодні компанія вже має спільні проекти з науково-дослідними установами Швейцарії, Іспанії, Канади та США у сферах агрохімії, косметології, фармакології. Це сприяє консолідації інтелектуального потенціалу країни, залученню інновацій та інвестицій і формуванню іміджу технологічно розвиненої України.
Паралельно з бізнесом Віталій Ільченко розвиває соціальну інфраструктуру України. Він інвестує в молодіжний спорт, культурні та екологічні проекти, забезпечує українців робочими місцями, займається благодійністю, в також реалізує важливу соціальну місію – створює умови для репатріації вчених, які за роки Незалежності виїхали з країни.
За вклад у розвиток України Віталій Ільченко нагороджений орденом Миколи Чудотворця та титулом «Людина року» в номінації «Аграрій року».