Do jednostek bojowych czołgi typu IS-3 trafiły w czerwcu 1945. W sierpniu 1945 oddziały te znalazły się w składzie wojsk, które zaatakowały japońską Armię Kwantuńską. Do bojowego użycia nowych czołgów w czasie II wojny światowej jednak nie doszło. Po wojnie stanowiły wyposażenie ciężkich dywizji pancernych. W działaniach bojowych radzieckie czołgi IS-3 wzięły udział jedynie podczas interwencji na Węgrzech w 1956, gdzie niektóre zostały zniszczone. Wycofano je z uzbrojenia dopiero na początku lat 90. XX wieku.