Pierwsze użycie bojowe Szyłek miało miejsce (prawdopodobnie) podczas wojny sześciodniowej w 1967 i wojny na wyczerpanie lat 1967–70. Najbardziej spektakularne ich wykorzystanie miało miejsce podczas wojny Jom Kipur w 1973, kiedy to egipskie i syryjskie zestawy zestrzeliły 30 izraelskich samolotów, dowodząc swej skuteczności. Później używano Szyłek jeszcze wielokrotnie, głównie w konfliktach bliskowschodnich, ale także w Pakistanie. ZSU-23-4 były także intensywnie wykorzystywane podczas wojny wietnamskiej. Podczas wojny domowej w Angoli lat 1974–1991 znajdowały się na uzbrojeniu wspieranego przez Kubę MPLA. Dysponowała nimi Libia podczas krótkiego konfliktu z Egiptem w czerwcu 1977. Używała ich Somalia w czasie wojny w Ogadenie w latach 1977–1978. Szyłek użyli radzieccy komandosi GRU podczas szturmu pałacu i obalenia legalnego prezydenta Hafizullaha Amina w Kabulu w 1979 (operacja „Sztorm-333”) jako wsparcie atakujących. Podczas radzieckiej interwencji w Afganistanie używano zestawów Szyłka do zwalczania afgańskich pojazdów opancerzonych BMP-1 i BRDM-2. Dysponowała nimi armia syryjska w Libanie podczas wojny 1982 roku. Były wykorzystywane przez Irak podczas wojny z Iranem (1980-1988) i w operacji Pustynna Burza w 1991 oraz II wojny w zatoce w 2003. Z sukcesem wykorzystywali je Ormianie przeciwko azerskiemu lotnictwu podczas konfliktu o Górski Karabach (1991–1994) i bojownicy czeczeńscy w czasie I wojny czeczeńskiej (zestrzelili w lutym 1995 rosyjski Su-25). Używały jej zarówno Rosja jak i Czeczenia w czasie II wojny czeczeńskiej w latach 1999–2003. W 2008 roku były wykorzystywane w konflikcie zbrojnym między siłami wojskowymi Gruzji a wojskami separatystycznej Osetii Południowej. W 2011 w trakcie wojny domowej w Libii oraz aktualnie w Syrii przez wojska rządowe prezydenta Baszszara al-Asada a zbrojną opozycją - specjalnie w walkach miejskich.