Первые самоходно-артиллерийские бригады СУ-100 были отправлены на фронт в начале февраля 1945 года: 207-я и 209-я — на 2-й Украинский, а 208-я — на 3-й Украинский фронт. В целом, из-за сравнительно позднего появления, применение СУ-100 на большинстве участков фронта носило ограниченный характер. Наиболее массово СУ-100 были применены в ходе Балатонской операции, когда они были использованы при отражении контратаки 6-й танковой армии СС 6—16 марта 1945 года. При этом были задействованы 207-я, 208-я и 209-я самоходно-артиллерийские бригады, а также несколько отдельных самоходно-артиллерийских полков СУ-100. СУ-100 в ходе операции сыграли значительную роль в отражении германских танковых атак и показали себя высокоэффективным средством в борьбе с германской тяжёлой бронетехникой, включая и тяжёлые танки «Тигр II». В боях 11—12 марта, из-за больших потерь советских танков, в их роли задействовались СУ-100, но из-за их уязвимости в ближнем бою был отдан приказ об оснащении каждой САУ ручным пулемётом для самообороны от вражеской пехоты. По итогам операции СУ-100 заслужили чрезвычайно высокую оценку командования.