После окончания академии Иван Иванович Литвин был направлен для прохождения службы в Киевский военный округ, где занимал должности врача, а затем начальника медицинской службы авиационного полка.

В 1986 г. принимал участие в составе оперативной группы в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

После окончания в 1994 г. факультета руководящего медицинского состава ВМА им. С. М. Кирова был направлен для дальнейшего прохождения службы в Балашовское высшее военной училище летчиков на должность начальника медицинской службы.

В 2001 г. назначен на должность начальника медицинской службы ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского. И. И. Литвин уделял должное внимание совершенствованию медицинского обеспечения личного состава и оснащению поликлиники и лазарета современной аппаратурой и оборудованием.

Награжден медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» и рядом медалей.