У оперативну употребу авион је уведен 4. јануара 2007. године. Период између полетања првог прототипа и почетка оперативне употребе је био доста дуг и проузрокован је распадом Совјетског Савеза и недостатком финансијских средстава. Пошто се процес програма одужио, донекле је премошћен временски јаз са модернизацијом авиона "Су-24", кога је "Су-34" требало по плану да раније замени. Опсежним испитивањим су добијени респективни резултати, који су многоструко превазилази све карактеристике претходника и сврстали га у категорију врхунске тактичке авијације за дејство и на већим удаљенистим, од места базирања. Пилоти су за време Грузијског конфликта и сукоба у Чеченији, као и у многобројним маневрима, оценили да овај авион треба да замени и Тупољев Ту-22M. Према њиховом искуству, широк спектар могућности дејства, маневарске карактеристике, висок степен преживљавања, велики тактички радијус, са могућношћу вишекратног допуњавања горивом у лету и с тиме могућност за значајан продужетак времена патролирања, обезбеђују његово поуздано и сигурно испуњавање свих задатака тактичког вишенаменског авиона. Међусобно се потпуно допуњавају тактички вишенаменски авиони МиГ-31 и "Су-34", у мисијама на великим удаљенистима. Уговорена је испорука 124 авиона "Су-34", до 2020. године.