Hoa Kỳ tiến hành một cuộc khảo sát vận hành vào tháng 7 năm 2002 trên Khu Trục Hạm USS Shoup (DDG-86). Các báo cáo đầu tiên về khả năng vận hành của loại tên lửa này không được viết cho đến lúc sau.[3]

Tháng 10 năm 2003, tại Khu vực Thử nghiệm Tên lửa Thái Bình Dương của Hải Quân Hoa Kỳ gần Hawaii, khinh hạm của Úc là HMAS Warramunga khai hỏa thành công một tên lửa ESSM. Lượt khai hỏa này cũng là lần vận hành đầu tiên của công nghệ dẫn đường CWI.[4][5]

Tháng 9 năm 2003, khoảng 200 hải lý (370 km) ngoài khơi Azores, Khinh hạm HNLMS De Zeven Provinciën thuộc Hải quân Hoàng gia Hà Lan tiến hành một cuộc tập trận bắn một tên lửa ESSM. Đợt bắn này là đợt bắn đạn thật đầu tiên liên quan đến một tháp Radar Quét Điện tử Chủ động cỡ lớn dẫn đường một tên lửa sử dụng phương pháp Chiếu sáng bằng Sóng Cắt quãng Liên tiếp (Interrupted Continuous Wave Illumination - ICWI) trong môi trường hoạt động. Như được đề cập bởi tờ Jane's Navy International:

Trong cuộc thử nghiệm dò và bắn tên lửa, mục tiêu là một Máy bay Tầm trung Cận Siêu thanh Không người lái EADS/3Sigma Iris PVK do Hy Lạp chế tạo. [...] Theo RNLN,... "APAR (Radar Mảng pha Chủ động) ngay lập tức xác định quả tên lửa và tiếp tục dò cho đến khi bị tiêu diệt". [...] Những thử nghiệm mang tính đột phá trên đã trình diễn bằng chứng thép cho sự hữu hiệu của phương pháp ICWI.[6]

Vào tháng 8 năm 2004, một chiếc Khinh hạm Lớp Sachsen của Hải Quân Đức hoàn thành hàng loạt các cuộc bắn thử nghiệm tên lửa ở Trường thử tên lửa tại Mũi Guru, ngoài khơi California bao gồm 11 tên lửa ESSM được phóng. Thử nghiệm bao gồm bắn rơi những mục tiêu là máy bay không người lái như là BQM-74E Chukkar III của công ty Northrop Grumman và BQM-34S Firebee I của Teledyne Ryan, cũng như là chống lại mục tiêu là tên lửa như là AQM-37C Beech và tên lửa chống hạm phóng từ trên không Kormoran 1.

Những cuộc bắn đạn thật tiếp theo được thực hiện bởi Khinh Hạm HNLMS De Zeven Provinciën của Hải quân Hoàng gia Hà Lan vào tháng 3 năm 2005, lần nữa ở biển Đại Tây Dương khoảng 180 hải lý (330 km) về phía tây Azores. Cuộc thử nghiệm bao gồm ba sự kiện (hai trong số đó có liên quan đến tên lửa ESSM) bao gồm bắn thử một tên lửa SM-2 Block IIIA chống lại một mục tiêu không người lái Iris và một lần phóng hai loạt đạn (một loạt bao gồm hai tên lửa SM-2 Block IIA và loạt tiếp theo bao gồm hai tên lửa ESSM) chống lại hai mục tiêu không người lái Iris.

Tất cả tên lửa ESSM phóng từ Khinh hạm lớp De Zeven Provinciën và Khinh hạm lớp Sachsen đều liên quan đến phương pháp "đóng gói" bốn tên lửa ESSM vào chung một khoang phóng của Hệ thống Phóng thẳng đứng Mark 41.

Lượt "giết" đầu tiên được thực hiện bởi một tên lửa RIM-162D từ một bệ phóng trên Hàng Không Mẫu Hạm thuộc Hải Quân Hoa Kỳ trong một đợt tập trận bởi tàu sân bay USS John C. Stennis (CVN-74) vào ngày 7 tháng 10 năm 2008.

Ngày 14 tháng 5 năm 2013, ESSM chặn đầu một mục tiêu siêu thanh đội nóc, biểu diễn khả năng đánh bại mục tiêu di chuyển với lực G lớn. Không cần bất cứ thay đổi phần mềm nào để chứng tỏ khả năng của tên lửa ESSM.