Liên Xô sử dụng một số chiếc Su-24 trong chiến tranh Afghanistan năm 1984, và Fencer được trong thấy trong các phi vụ trong xung đột Chechnya những năm 1990. Khả năng ném bom chính xác của nó đã gây ra những tranh cãi, vì nó thường chỉ sử dụng bom thông thường chứ không phải bom thông minh trong các cuộc xung đột này.

Khoảng 1.400 chiếc Su-24 thuộc mọi phiên bản đã được sản xuất. Một số lớn Su-24 của Liên Xô đã được chuyển đến phục vụ trong không quân các nước Azerbaijan, Belarus, Kazakhstan, Nga, Uzbekistan và Ukraina. Tới năm 2000, có 577 chiếc đang hoạt động trong biên chế các đơn vị ở Nga, chia ra 447 chiếc thuộc Không quân Nga và 130 chiếc thuộc Hải quân Nga, số Su-24 này dần bị thay thế bởi loại máy bay Su-34 tiên tiến hơn. Tới năm 2008, còn khoảng 415 chiếc phục vụ trong quân đội Nga, gồm 321 chiếc thuộc Không quân Nga và 94 chiếc thuộc Hải quân Nga. Tới năm 2017, còn khoảng 177 chiếc phục vụ trong quân đội Nga, gồm 159 chiếc thuộc Không quân Nga và 18 chiếc thuộc Hải quân Nga.

Trong cuộc chiến tranh với Gruzia năm 2008, mọi máy bay ném bom của Nga, kể cả Su–24 chỉ sử dụng các vũ khí cũ như bom phá thông thường và tên lửa không điều khiển. Muốn vậy máy bay phải bay đến cách mục tiêu 2–3 km và nằm lọt trong vòng ngắm của lưới lửa phòng không. Theo chuyên gia quân sự Anton Lavrov nói với báo Izvestia rằng: "Không quân Nga hiện có nhiều Su–24. Chúng rơi đều đều, riêng năm 2012 đã rơi ba chiếc, nhưng vẫn đủ cho mấy năm tới. Lại còn có Su–24M đã được trang bị tổ hợp ngắm mới SVP–24, cũng như Su–24M2" nên việc chậm cung cấp Su-34 theo chuyên gia Anton Lavrov cũng không đến nỗi nghiêm trọng.

Từ năm 2000 đến 2012, Nga đã tổn thất 16 chiếc Su-24 do sự cố. Cùng với thân máy bay lão hóa, điều khiển những chiếc Su-24 còn đang hoạt động trở nên nguy hiểm, xu thế nghỉ hưu khó tránh khỏi. Nhiều quốc gia sử dụng Su-24 trong 10 năm qua đã cho loại máy bay này nghỉ hưu, do họ không thể gánh được chi phí hoạt động và bảo trì đắt đỏ, chỉ có Nga còn đang bảo trì một số máy bay Su-24 còn chưa quá cũ của nước này[2]

Trong cuộc nội chiến Syria nổ ra từ năm 2012, quân đội Syria đã sử dụng S-24 để chống lại phiến quân. Tuy nhiên tất cả phi đội Su-24 của Syria đều là phiên bản xuất khẩu Su-24MK đã cũ, chúng không được trang bị bom/tên lửa dẫn dường, cũng không được tích hợp bất kỳ hệ thống đối kháng điện tử hiện đại nào như phiên bản Su-24M2 mà Nga trang bị.

Năm 2015, Su-24 được Nga sử dụng trong cuộc nội chiến Syria với nhiệm vụ ném bom các mục tiêu mặt đất, yểm trợ trên không cho quân đội Chính phủ Syria chống lại quân nổi dậy. Những chiếc Su-24M và Su-25SM nâng cấp của Nga đã được trang bị một hệ thống định vị mục tiêu mới SVP-24 Gefest. SVP-24 phân tích dữ liệu từ hệ thống định vị vệ tinh GLONASS hoặc máy bay cảnh báo sớm để xác định vị trí của máy bay và mục tiêu, tự động tính toán mức áp suất khí quyển, độ ẩm không khí, tốc độ gió, tốc độ bay và một số yếu tố khác để tính toán hướng bay, tốc độ và độ cao của việc ném bom, sau đó khi máy bay sẽ tiến hành ném bom ở chế độ gần như tự động. SVP-24 cho phép giảm tối thiểu sai số khi bom rơi (khi bom được thả ở độ cao 6.000m thì độ chệch mục tiêu chỉ khoảng 4-7 mét), độ chính xác đạt được tương tự như trên các loại bom thông minh của Nga và Phương Tây hiện tại. Với hệ thống ngắm mục tiêu này, máy bay Su-24 của Nga đã có khả năng ném bom thông thường với độ chính xác như bom thông minh. Các hệ thống như SVP-24 đã giúp Nga giảm đáng kể chi phí cho các hoạt động quân sự tại Syria mà vẫn đảm bảo độ chính xác khi tấn công, khi mà mỗi quả bom hay tên lửa dẫn đường thông minh thường có giá cao gấp hàng chục lần bom thông thường[3].

Máy bay Su-24 đã thể hiện tốt khả năng hoạt động bền bỉ, dễ bảo trì trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Tại Syria năm 2016, máy bay Nga đã tiến hành khoảng 70-80 cuộc không kích mỗi ngày, mỗi máy bay đã phải tham gia vào ít nhất một phi vụ mỗi ngày. Trong khi liên quân do Mỹ đứng đầu có khoảng 180 máy bay và thực hiện khoảng 19,68 phi vụ mỗi ngày, như vậy là mỗi máy bay Mỹ chỉ tham gia 1 phi vụ mỗi 10 ngày[4].