לאחר סיום פיתוח המערכת התברר כי צה"ל איננו מוכן להקציב לה מימון ומעדיף להקציב את המימון שברשותו למערכות התקפיות. כתוצאה מכך, המימון לשמונה סוללות "כיפת ברזל" נוספות, כמו גם לאספקת טילי היירוט, ניתן כיום על ידי ארצות הברית, ומסתכם בסכום של כ-900 מיליון דולר שהתחייב הקונגרס האמריקאי והנשיא ברק אובמה להעביר לפיתוח המערכת, בפריסה לכמה שנים.
במאי 2011 פורסם שישראל תשקיע קרוב למיליארד דולרים בייצור ופיתוח המערכת במטרה להגיע ליעד של 10–15 סוללות. עם זאת, הערכה זו ניתנה כשנה לפני שהקונגרס אישר תקציבים נרחבים לפרויקט כך שלא ידוע אם היא עדיין בתוקף. על פי דיווחי התקשורת, ישראל שיתפה פעולה עם מדינה במזרח אסיה במהלך הפיתוח של המערכת.
הצטיידות.
במרץ 2009 הוקם גרעין ההקמה ליחידת "כיפת ברזל" באגד נ"מ צפון, שהורכב מלוחמים, קצינים וטכנאים. תפקידם היה להשתלב בתעשיות הביטחוניות וכן להכין תשתיות לוגיסטיות ומבצעיות ליחידה.
במאי 2009 קבע מפקד חיל האוויר, עידו נחושתן, שגדוד 947 של מערך הנ"מ, ששימש כגדוד טילי כתף מסוג "סטינגר", יוסב מגדוד נ"מ טקטי ליחידת ההקמה של מערכת "כיפת ברזל".
בתחילת 2011 הצטייד צה"ל בשתי סוללות ראשונות. באפריל 2011 הוזמנו ארבע סוללות נוספות. באוגוסט 2011 החל צה"ל להפעיל סוללה שלישית שהוצבה באשדוד. סוללה זו משמשת להכשרה והדרכה של הלוחמים והטכנאים ב"כיפת ברזל". בסוף חודש מרץ 2012 קיבל צה"ל סוללה רביעית.
ב-17 בנובמבר 2012 סופקה סוללה חמישית, בעלת ביצועים משופרים, והוצבה בגוש דן. באותו יום יירטה הסוללה בהצלחה רקטה ששוגרה לגוש דן במסגרת מבצע עמוד ענן.
במהלך מבצע צוק איתן נקלטו במערכת הביטחון שתי סוללות, שביעית ושמינית במספר.
ביולי 2015 סופקה סוללה תשיעית למערכת הביטחון.
ב-2017 הוקם גדוד שני של "כיפת ברזל". גדוד 137, שמבוסס על הגדוד להדרכה להגנה אווירית. הגדוד מתמחה בגזרה הצפונית ונערך להגנה מפני איום הארטילריה הרקטית של חזבאללה. בעתיד תוקם בגדוד החדש גם פלוגה ימית שתתמחה בהפעלת המערכת על גבי ספינות טילים ובתווך הימי.
פיתוחים ושיפורים.
במהלך סוף 2011 ותחילת 2012 שופרו היכולות של "כיפת ברזל", המכ"ם שודרג, ומספר תקלות שהתגלו בניסוי המבצעי תוקנו. בעקבות שדרוג המערכת במהלך שנת 2012 החלה "כיפת ברזל" ליירט חלק גדול ממטרותיה באמצעות שימוש בטיל טמי"ר יחיד במקום בשניים. בכך התאפשר חיסכון משמעותי לעומת עלויות המערכת בשנה המבצעית הראשונה שלה.
בתחילת 2012 פורסם כי חברת "רפאל" עובדת על פיתוח דור ב' של "כיפת ברזל", שבו הטיל המיירט- טמי"ר יהיה קטן וזול יותר. כמו כן פורסם כי "רפאל" תרחיב את טווח "כיפת ברזל" ל-250 ק"מ. בנובמבר 2012 הושלמה סדרת ניסויים ששיפרו את היכולת והביצועים של מכ"ם המערכת ושל תוכנת המערכת. בעקבות הצלחת הניסוי הוטמע המכ"ם החדש בסוללה החמישית שנפרסה באותו חודש, וכן פורסם שמכ"ם זה יחליף את מכשירי המכ"ם הישנים ב-4 הסוללות שנפרסו בעבר.
למעשה, מדובר במערכת "דור ב'" של "כיפת ברזל", שביכולתה להתמודד אל מול רקטות גדולות יותר לטווחים גדולים יותר, כמו ה-"M-75" שבידי חמאס, ורקטת ה"פג'ר" שבה חמושים חמאס וחזבאללה. פורסם כי השדרוג מתבצע מכיוון שדרישות משרד הביטחון לפיתוח "כיפת ברזל" היו דחוקות ועמדו בלוח זמנים צפוף, בשל הירי על יישובי הדרום ובעיקר תוצאותיה של מלחמת לבנון השנייה, שבה העורף הפך לחזית בשל נפילתם של קרוב ל-4,000 טילים בשטח ישראל, דבר שהצריך מענה דחוף לאיום זה. העמידה בלוח הזמנים גרמה לדחיית פיתוחם של יכולות אשר לא היו הכרחיות אז, אך נחיצותם הוכחה במבצע צוק איתן ולכן היה צורך בפיתוח "דור ב'" של המערכת.
במרץ 2013 דיווח טיים מגזין על שיפור בטילי הטמי"ר שהוביל להוזלה דרסטית במחיר של כל טיל מיירט.
ב-2014 עברה "כיפת ברזל" שורת שדרוגים, בחומרה ובתוכנה, בהתבסס על הניסיון המבצעי שנרכש.
ב-2015 נוספה למערכת היכולת ליירט כלי טיס בלתי מאוישים הטסים הן בגובה רם והן בגובה נמוך. ביולי 2015 פורסם כי המערכת עברה בהצלחה ניסוי "להרחבת הביצועים ושיפור היכולות של המערכת אל מול מגוון חסר תקדים של איומים".
בפברואר 2017 הודיע משרד הביטחון על השלמתה של סדרת ניסויים לשיפור יכולות "כיפת ברזל".
בבוקר ה-29 במאי 2018 בראיון בגלי צה"ל אישר תת-אלוף דניאל מילוא, שהגרסה המתקדמת ביותר של המערכת מסוגלת ליירט גם פצצות מרגמה.
ב-12 בינואר 2020 השלימה מערכת הביטחון סדרת ניסויים מוצלחת בגרסה משודרגת ומתקדמת של המערכת.
בינואר 2021 השלימה מינהלת חומה סדרת ניסויים בגרסה המשודרגת של המערכת. ב-17 במרץ בוצעה בהצלחה סדרת ניסויים בגרסה המשודרגת, ובין היכולות ששופרו או נוספו לה היא יירוט איומים מרובים ומשולבים, כולל ארטילריה רקטית, טילי שיוט וכלי טיס בלתי מאוישים.
כיפת ברזל הימית.
ב-2016 פיתחה "רפאל - מערכות לחימה מתקדמות" גרסה ימית של "כיפת ברזל", בשם "C-Dome", וב-18 במאי ערכה בה ניסוי מבצעי ראשון מוצלח: המערכת הותקנה על גבי ספינת טילים של חיל הים ויירטה רקטות מטרה בהצלחה. ובמרץ 2017 חיל הים ביקש מהמספנות הגרמניות לשנות את מבנה ספינות "סער 6" לצורך הכפלת מספר משגרי המערכת שיותקנו על סיפוניהם נוכח האיומים האסטרטגיים על אסדות הגז.
בעקבות ניסוי יירוט מוצלח ב-27 בנובמבר 2017 הוכרזה המערכת "כשירה לשימוש מבצעי", ותחל קליטתה בצה"ל.
במבצע שומר החומות במאי 2021 נפרשה המערכת על גבי סטי"ל ליד אסדת הגז שמול אשקלון.
ב-21 בפברואר 2022 נערך ניסוי מוצלח של כיפת ברזל הימית, שכונתה "כיפת מגן", בו מיירטים ששוגרו מספינת סער 6 יירטו כטב"ם, רקטות ארטילריות וטיל שיוט.
שיווק ברחבי העולם.
באוגוסט 2011 חתמה חברת "ריית'און" האמריקאית על חוזה עם "רפאל" שלפיו היא תשווק את "כיפת ברזל" בארצות הברית.
באפריל 2016 פורסם במקביל לניסוי המוצלח הראשון ביירוט מזל"ט מעל אדמת ארצות הברית שנערך במסגרת תוכנית בדיקת חלופות להגנה אווירית במדינה, כי הצבא האמריקני שוקל לרכוש את המערכת. ייתכן שהמערכת נמכרה גם לסינגפור. ביוני 2016 פורסם כי אף מדינה לא רכשה את המערכת, ובדצמבר באותה השנה פורסם כי שר התעשיות הביטחוניות של אזרבייג'ן הכריז כי ארצו תרכוש את המערכת, מבלי שפרט על היקף הרכישה.
ב-24 בנובמבר 2017 פורסם כי הממלכה המאוחדת רכשה את מערכת השליטה והבקרה של "כיפת ברזל" ב-350 מיליון ש"ח ותציב אותה באיי פוקלנד. בספטמבר 2018 דווח כי ישראל הסכימה למכור את המערכת לערב הסעודית שתציב אותו בגבולה עם תימן, דיווח שהוכחש על ידי משרד הביטחון. בינואר 2019 החליטה ארצות הברית לרכוש שתי סוללות "כיפת ברזל" ב-373 מיליון דולר על-מנת להגן על כוחותיה באזורי עימות ובפברואר 2019 הודיעה רשמית על הרכישה. סוללה ראשונה נמסרה בספטמבר 2020 וסוללה שנייה נמסרה בינואר 2021. הסוללות הוצבו במהלך 2021 למשך חודשיים בגואם אולם לאחר מכן הוחזרו וטרם נפרסו באופן מבצעי מחדש. רכש עתידי של שתי סוללות נוספות בוטל לאחר שישראל סירבה למסור את קוד התוכנה של כיפת ברזל לאמריקנים, וכן לאור קשיים בשילוב המערכת עם מערכות השו"ב הקיימות של הצבא.. ביוני 2022 ביצע הצבא האמריקאי ניסוי מוצלח בו לשילוב הסוללה במערכת הקיימות שלו. חיל הנחתים של ארצות הברית דיווח ביולי 2022 כי הוא ביצע ניסויים מוצלחים במערכת וביקש לשלב את רכישתה בתקציב שלו ל-2023.
פעילות מבצעית.
מערכת "כיפת ברזל" נכנסה לפעילות מבצעית (שנקראה רשמית "ניסוי מבצעי") בסוף מרץ 2011, אף על פי שהפיכתה למבצעית טרם הושלמה באופן מלא.
טבילת אש מבצעית.
ב-27 במרץ 2011 הוצבה לראשונה סוללת "בזלת" של היחידה באזור באר שבע. ב-4 באפריל 2011 הוצבה גם סוללת "אידו" בשטח אשקלון. במערכת הביטחון הודו כי נותרו עוד מספר שבועות עד לבשלות מבצעית, אך עקב ההסלמה באזור הדרום והלחץ הציבורי הוחלט להקדים את לוחות הזמנים ולהציבה כ"ניסוי מבצעי" בתהליך הכשרה. ב-31 באוגוסט הוצבה סוללה שלישית ליד אשדוד.
ב-7 באפריל 2011 הצליחה המערכת ליירט לראשונה רקטת "גראד" שנורתה מרצועת עזה לעבר אשקלון.
מאחר שהמערכת זיהתה את המיקום המדויק של נקודות השיגור, היא איפשרה לחיל האוויר לתקוף מיד את החוליות המשגרות.
ב-20 באוגוסט 2011 יירטה המערכת 9 "גראדים" מתוך מטח של 11 רקטות שנורה לעבר באר שבע ויישובי הדרום. שתי הרקטות הנותרות התפוצצו בעיר (אחת מהן גרמה להרוג אחד).
בהסלמת מרץ 2012 שוגרו אל האזור שבין גדרה לבאר שבע יותר מ-300 רקטות ופצצות מרגמה, כאשר 169 מתוכם נפלו בשטחים פתוחים. באזורים שבהם פעלה מערכת "כיפת ברזל", הצליחה המערכת ליירט 56 מתוך 73 הרקטות שזוהו על ידה כמהוות איום. לאחר תום העימות הוחלט להציב לראשונה סוללת כיפת ברזל בגוש דן.
במשך שנה המערכת ביצעה 93 יירוטים מוצלחים. ב-23 ביוני 2012 רשמה "כיפת ברזל" את היירוט ה-100, כאשר סוללת "בזלת" יירטה רקטת "גראד" מעל שדרות.
מבצע עמוד ענן.
ב-17 ביולי 2012 יירטה "כיפת ברזל" לראשונה רקטה שנורתה לעבר תל אביב.
במהלך מבצע עמוד ענן יירטו סוללות "כיפת ברזל" 428 רקטות ורשמו כ-84% הצלחה. ב-17 בנובמבר 2012 הוצבה הסוללה החמישית של "כיפת ברזל" בגוש דן. באותו יום יורטה על ידי סוללה זו רקטה ששוגרה לתל אביב.
יירוטי בכורה בגזרות אחרות.
ב-13 באוגוסט 2013 יירטה "כיפת ברזל" לראשונה רקטה שנורתה מסיני לאילת.
ב-22 באוגוסט 2013 יירטה "כיפת ברזל" לראשונה רקטה שנורתה מלבנון לעבר הגליל המערבי, אך איפשרה פגיעה בשטח בנוי של שתי רקטות אחרות ממטח זה.
ב-4 ביוני 2014 הופעלה לראשונה "כיפת ברזל" ברמת הגולן, שניסתה ללא הצלחה ליירט רקטה שנורתה משטח סוריה.
מבצע צוק איתן.