Russland setzt die Su-34 seit den ersten Tagen seiner Mission in Syrien ein. Erst war eine Staffel von vier Jagdbombern nach Syrien verlegt worden. Ende 2017 waren auf den Satellitenbildern der Luftwaffenbasis Hmeimim bis zu 14 Exemplare der Su-34 gleichzeitig zu sehen.
Genutzt wurden die Maschinen vor allem zur Anwendung hochpräziser Waffen wie der Lenkbombe KAB-500C. Bekämpft wurden damit gut geschützte, aber kompakte Ziele der Terrormilizen: Bunker, besetzte Ölanlagen, bewaffnete Trucks. In fünf Einsatzjahren hat die russische Luftwaffe keine einzige Su-34 in Syrien verloren.
Das russische Verteidigungsministerium hat seit 2008 über 120 Exemplare der Su-34 erhalten. Insgesamt sollen 150 bis 200 Exemplare dieses Jagdbombers an die russische Luftwaffe geliefert werden.