בסיום המבצע נספרו תשעה הרוגים מנוסעי הספינה, 10 לוחמים פצועים ומעל לשלושים נוסעים פצועים ברמות שונות. נוסעי הספינה הוחזרו למדינות מוצאם לאחר חקירה ואיסוף עדויות. המבצע הובל בראשות מפקד זרוע הים, אלוף אלי מרום, הרמטכ"ל גבי אשכנזי ושר הביטחון אהוד ברק.
ב-2011 עצר חיל הים משט נוסף שניסה להגיע לעזה.
לכידת אוניית הנשק "ויקטוריה".
מבצע לכידת אוניית הנשק "ויקטוריה" (Victoria), הנקרא בצה"ל 'חוק הברזל', הוא מבצע צבאי חשאי שנועד למנוע מהאנייה 'ויקטוריה' להעביר נשק מאיראן לידי ארגון הטרור חמאס ברצועת עזה. הספינה נתפסה בעודה עושה את דרכה מסוריה דרך טורקיה למצרים, כאשר בכוונתה להבריח את אמצעי הלחימה בהם רקטות קרקע-קרקע ארוכות טווח מדגם M-302, לארגוני הטרור ברצועת עזה. הנשק המוברח שנתפס היה מתוצרת איראן, ויעדו היה ארגון הטרור חמאס השולט ברצועת עזה.
ב-15 במרץ 2011 השתלטו לוחמי הקומנדו הימי על האנייה, במרחק של 200 קילומטר מחופי ישראל, בלב הים התיכון. ההשתלטות על האנייה נעשתה ללא התנגדות, והושלמה תוך זמן קצר. לאחר הבאתה של האנייה לנמל אשדוד וחיפוש במכולותיה, נמצאו עליה ארבע מכולות שהכילו אמצעי לחימה שונים. על הספינה נמצאו בין היתר 6 טילי חוף ים מתקדמים מדגם C-704 למעלה מ-2,000 פצצות מרגמה ו-66,960 כדורים לקלצ'ניקוב.
הוראות ההפעלה לאמצעי הלחימה נכתבו בפרסית, כאשר כל ארגזי אמצעי הלחימה הוחבאו בין הסחורה הרגילה שהובילה האנייה. את המבצע הוביל מפקד זרוע הים, אלוף אלי מרום, לצד הרמטכ"ל, רא"ל בנימין בני גנץ ושר הביטחון, אהוד ברק.
השתתפות ב'עמוד ענן'.
מבצע 'עמוד ענן' היה מבצע צבאי ברצועת עזה שנמשך כשבוע, בין 14 בנובמבר 2012 ל-21 בנובמבר 2012. הלחימה החלה עם חיסולו של מפקד הזרוע הצבאית של חמאס, אחמד ג'עברי, בעקבות הסלמה בגזרה הדרומית שכללה ירי מוגבר של טילים ופצצות מרגמה אל עבר יישובי עוטף עזה. הסלמה זו התבטאה בירי מאות טילים באופן שדמה רק למצב שקדם למבצע עופרת יצוקה ארבע שנים קודם לכן. שמו של המבצע ניתן לו על שם עמוד הענן שהוביל והגן על בני ישראל ביציאתם ממצרים, המופיע בסיפור הנדודים במדבר בתורה. את המבצע הובילו הרמטכ"ל, רא"ל בני גנץ ושר הביטחון אהוד ברק, כאשר מפקד זרוע הים, אלוף רם רוטברג, הוביל את הכוחות הימיים.
בשבוע שלפני המבצע חלה הידרדרות נוספת בגבול הרצועה, החל מירי נ"ט (טיל נגד-טנקים) לעבר ג'יפ של צה"ל ועד להפעלת מטען חבלה כנגד כוח צה"ל. לאחר שבוע של חילופי אש הוחלט על יציאה למבצע, כאשר במקביל לחיסולו של ג'עברי הוחלט על פגיעה בתשתיות ארגון הטרור חמאס ברצועת עזה ופגיעה במאגרי התחמושת של הארגון.
הלחימה החלה בארבע בצהריים, בתקיפה משותפת של זרוע הים וזרוע האוויר. בין השאר נפגעו בכירי חמאס ורוב מלאי טילי הפג'ר 5, שאיימו על ערי מרכז הארץ. במשך שמונת ימי הלחימה פעלו זרוע הים, זרוע האוויר, תותחנים ויחידות נוספות להשמדת מטרות בעומק שטח הרצועה. זאת כאשר חיילות היבשה לא שולבו בלחימה, אלא רק נערכו והתכוננו לקראת מהלך קרקעי. הלחימה התמקדה בהשמדת מטרות נקודתיות בשטח הרצועה, בדגש על פגיעה במחסני אמצעי-לחימה, בכירי חמאס ותשתיות הארגון.
ספינות זרוע הים שהו אל מול חופי הרצועה לאורך כל ימי הלחימה ברצועה. בין היתר תקפו הלוחמים הימיים מחנות של חמאס ברצועה, ותשתיות. במהלכה אף חסלו את פעיל הג'יהאד העולמי, אחמד נאחל, באמצעות טיל מונחה ששוגר מהים. הלוחמים הימיים פעלו אל מול זרוע האוויר ואגף המודיעין על מנת לתקוף ביעדים מזוויות תקיפה מאתגרות וכדי להשמיד מטרות. בלחימה לקחו חלק שייטת ספינות הטילים, פלגה 916 וכוחות של הקומנדו הימי. הלחימה שיקפה את השילוביות של זרוע הים עם זרוע האוויר ופיקוד הדרום. השפעת זרוע הים על הלחימה היבשתית התעצמה באופן משמעותי.
מבצע 'חשיפה מלאה'.
מבצע "חשיפה מלאה" היה מבצע של זרוע הים לתפיסת אוניית הנשק "Klos-C" בניסיונה להבריח נשק דרך סודאן לרצועת עזה, אשר התקיים ב-5 במרץ 2014. המבצע נערך במימי הים האדום, אל מול קו החוף שבין סודאן לאריתריאה, במרחק 1,500 ק"מ מישראל. את עצירת האונייה ביצעו לוחמי שייטת ספינות הטילים מאח"י חץ (סער 4.5) ואח"י חנית, ולוחמי הקומנדו הימי. על המבצע פיקד מפקד זרוע הים, האלוף רם רוטברג, מעמדת הפיקוד על קורבטת הטילים אח"י חנית בלב הים האדום. על גבי אניית המשא התגלו מכולות, אשר בהן הוסתר נשק, שנשלח מאיראן והוסתר מאחורי שקי מלט נשק זה יועד להגיע לארגוני טרור ברצועת עזה.
ספינת המשא "קלוס סי" (Klos-C), אשר הפליגה תחת דגל פנמה, נעצרה בעת שהייתה בדרכה לנמל בסודאן. על הספינה, שיצאה מאיראן, הועמסו אמצעי לחימה רבים, שהוחבאו תחת שקי מלט על מנת להסוות את הסחורה האמיתית. בין אמצעי הלחימה שנמצאו בספינה היו רקטות מסוג M-302, המגיעות לטווח של 100 ק"מ, פצצות מרגמה וכמות עצומה של כדורים לנשק קל.
צוות הספינה הניח לזרוע הים להשתלט על הספינה ללא כל התנגדות ולא היה מודע לכך שהסחורה שאותה הוא הוביל היא למעשה נשק. מרגע ההשתלטות על האנייה הכחישה איראן כל קשר אליה או לסחורה שעליה, אך על השקים בהם הוחבאו אמצעי הלחימה נכתב שארץ ייצור התכולה היא איראן. המודיעין הימי הישראלי עקב אחרי הספינה מרגע יציאתה משטח איראן ועד ההשתלטות הסופית של לוחמי זרוע הים על הספינה.
שר הביטחון, משה יעלון, והרמטכ"ל, בני גנץ, עקבו אחר מהלך ההשתלטות מיחידת השליטה הימית. לאחר ההשתלטות הובלה האוניה לנמל אילת על מנת לפרוק את הנשק שנמצא עליה. המבצע הוכתר כהצלחה של זרוע הים בכלל ושל לוחמי שייטת ספינות הטילים בפרט.
מניעת הברחת נשק לרצועת עזה.
ב-26 במרץ 2014 הטביעה דבורה שתי סירות פלסטיניות שעסקו בהברחת אמצעי לחימה לרצועת עזה. הפלסטינים פתחו באש לעבר כלי השיט של זרוע הים אך לא פגעו בה. הפגיעות בסירות גרמו לפיצוצי משנה של התחמושת וחומר הנפץ שהוברחו בסירות ולבסוף גם נהרגו המבריחים שעל הסירות.
השתתפות במבצע "צוק איתן".
ב-8 ביולי 2014 יצא צה"ל למבצע צבאי נרחב ברצועת עזה. המבצע החל בעקבות ירי מתגבר של רקטות ופצצות מרגמה לעבר יישובים ישראליים בדרום הארץ, שהיווה תגובת חמאס ל"מבצע שובו אחים" שנערך ביהודה ובשומרון. המבצע נפתח בתקיפות נרחבות של זרוע הים וזרוע האוויר, כאשר בהמשך הצטרפו כוחות היבשה ויחידות נוספות אל הלחימה. במהלך המבצע פעלו כוחות הקומנדו הימי יחד עם היחידות המיוחדות, לוחמי חיל רגלים וסוללות של חיל תותחנים, זאת במקביל לפעילות ימית ואווירית של זרוע הים וזרוע האוויר.
לוחמי זרוע הים פעלו בכל ימי הלחימה, בפעילות אינטנסיבית שהחלה טרם הכניסה הקרקעית והסתיימה לאחר שאחרון הלוחמים היבשתיים יצא משטח הרצועה. התקיפות בוצעו על ידי פלגה 916 הפועלת בזירה הדרומית של הים התיכון, לוחמי ספינות הטילים ולוחמי הקומנדו הימי. הכוחות פעלו בתיאום עם כוחות האוויר על מנת לחסל מטרות ולהשיג את יעדי המבצע. עם כניסת הכוחות הקרקעיים, התחזק ערך השילוביות ויכולתה של זרוע הים להשתלב ולקחת חלק משמעותי בקרב היבשה, דבר אשר בא לידי ביטוי בסיוע מסיבי באש ובתצפית לכוחות המתמרנים ברצועה.
במהלך המבצע פעל מערך השליטה הימית באופן אינטנסיבי בבניית התמונה הימית, אשר כללה גורמי מעקב מאתגר והשתנתה במהירות לאורך כל ימי המבצע. בקריות השליטה אף סייעו בסיכול חדירת מחבלים סמוך לקיבוץ זיקים על ידי כך שעקבו והכווינו כוחות לוחמים אל המחבלים, בניסיונם לחדור לישראל דרך המרחב הימי קרוב לגבול עם רצועת עזה. המחבלים חוסלו על ידי לוחמי זרוע הים וכוחות יבשתיים ואוויריים לאחר שהוקפצו למקום בעקבות הזיהוי.
השתתפות במבצע "שומר החומות".
במהלך מבצע שומר החומות, כוחות של חיל הים תקפו מטרות של הכוח הימי של חמאס, בהם כלי שיט, מוצבים, מרכזי שליטה ופיקוד, מחסני אמל"ח ועוד. זרוע הים תקפה גם מטרות טרור נוספות באש תותחים וטילים, וכן באמצעות שייטת 13. בנוסף הוצבה ספינת טילים עם C-Dome (כיפת ברזל הימית) וטילי ברק כדי להגן על אסדת הגז שמול אשקלון.
על אירוע חסימת חדירת המחבלים מהים, זכה מפקד סיירת כריש, סרן אורי ניסים, בצל"ש הרמטכ"ל ובקרית השליטה, רב"ט נועה טייטל, זכתה בתעודת הערכה ממפקד זרוע הים.
שיתוף פעולה בינלאומי.
זרוע הים מהווה גוף נוח לפיתוח יחסים עם ציים אחרים. ב-2009 ביקר בישראל כוח SNMG-2 של נאט"ו. ב-27 בדצמבר 2017 דווח כי חיל הים השתתף בתרגיל בן שבועיים של ברית נאט"ו באזור כרתים. התרגיל אורח על ידי הצי היווני והשתתפו בו כוחות ים מארצות הברית, בריטניה, בולגריה, רומניה ואיטליה. ב-8 ביולי 2018 בוצע תרגיל בין כוחות מחיל הים הישראלי עם כוחות מהצי הצרפתי. באפריל 2019 התקיים תרגיל Novel Dyna בנושא איתור צוללות בהשתתפות יחד עם כלי שיט של הצי היווני וצי ארצות הברית.
ב-7 בדצמבר 2020 התקיים עם כוח נאט"ו תרגיל הרפואה הימי המשותף - "מים צלולים". ב-6 באוגוסט 2021 דווח כי חיל הים ערך מפגש ותרגיל בשנית עם כוח המשימה הימי ללוחמה במיקוש SNMCMG-2 של ברית נאט"ו שפועל באזור הים התיכון לאורך כל ימות השנה.
ב-31 באוגוסט 2021 דווח כי חיל הים הישראלי ערך לראשונה תרגיל משותף עם הצי החמישי של ארצות הברית בים האדום.
ב-10 בנובמבר 2021 נערך בים האדום תרגיל משותף בן 5 ימים בין ישראל, איחוד האמירויות, בחריין ופיקוד המרכז של הצבא האמריקני.
ב-17 בפברואר 2022 דווח כי חיל הים הישראלי השתתף לראשונה בתרגיל IMX. התרגיל הימי הגדול בעולם שהתקיים במרחבים הימיים של בחריין וים סוף, והשתתפו בו כ-60 ציים וארגונים בינלאומיים, בהובלת הצי החמישי של ארצות הברית.