被生产并全部被部署于立陶宛的希奥利艾空军基地（Šiauliai Air Base）。当时西方情报机构估计其雷达不能侦察到较小型飞行物如巡航导弹或处于低空飞行的小型飞行器，而且性能较同期西方装备逊色。不过，Tu-126被证实拥有强大的干扰能力。1971年印巴战争期间，印度曾经向苏联租借一台 Tu-126 使用。Tu-126 一直于苏联空军服役至 1984年，并被A-50「熊蜂」预警机代替。