В сирийской армии батареи, вооружённые ЗСУ "Шилка", входили в состав зенитных дивизионов танковых дивизий и отдельных танковых бригад, а также использовались для прикрытия зенитных ракетных батарей ЗРК "Куб" ("Квадрат"). В ходе боевых действий при отражении налётов израильской авиации установки "Шилка" действовали автономно. Огонь по самолётам открывался с дальности 1500-2000 метров, как правило, при визуальном обнаружении воздушной цели. Необходимо, однако, отметить, что РЛС установок "Шилка" в боевых условиях практически не использовались в силу ряда причин. Во-первых, боевые действия в то время велись в основном на пересечённой местности, в том числе горной, где рельеф местности не позволял реализовать в полной мере возможности РЛС по дальности обнаружения воздушных целей (дальность прямой видимости была невелика). Во-вторых, сирийские боевые расчёты зенитных установок были недостаточно подготовлены к работе на сложной технике, и поэтому использованию РЛС они предпочитали более простое визуальное обнаружение воздушных целей. В-третьих, РЛС установок "Шилка" имеют ограниченные поисковые возможности без предварительного целеуказания, которое в тех условиях отсутствовало. Тем не менее, несмотря на перечисленные ограничения, как показал опыт боевых действий, "Шилка" оказались достаточно эффективным средством , особенно для борьбы с внезапно появляющимися низколетящими воздушными целями. Боевая эффективность ЗСУ "Шилка" во время этих военных конфликтов составила 0,15 - 0,18 на одну установку. При этом на каждую сбитую воздушную цель было израсходовано от 3300 до 5700 снарядов. В течение октября 1973 г. из 98 самолётов, сбитых средствами ПВО Сирии (ЗРК "Квадрат", переносные ЗРК "Стрела-2М", ЗСУ "Шилка"), на долю ЗСУ "Шилка" пришлось 11 сбитых целей. За апрель-май 1974 г. из 19 сбитых самолётов доля ЗСУ "Шилка" составила 5 самолётов. Кроме того "Шилка" показала себя высокоманевренным средством, обеспечивающим хорошую проходимость в условиях пустыни и горной местности. Установка надёжно работала в тяжёлых условиях жаркого климата северной Африки.

ЗСУ "Шилка" широко применялась в боевых действиях в Афганистане. Однако здесь она использовалась не как зенитное средство, а как высокоэффективное оружие для поражения наземных целей. В этой связи необходимо отметить, что огонь зенитной установки "Шилка" помимо собственно боевого эффекта (огневое поражение объекта, в том числе бронированного) оказывал на противника ещё и сильное психологическое воздействие ("море огня", создаваемое стрельбой скорострельного зенитного автомата, зачастую вызывало панику у противника и приводило его ко временной потере боеспособности).

После принятия ЗСУ 23-4 на вооружение ПВО Сухопутных войск этот комплекс прошёл несколько модернизаций. Первая модернизация осуществлялась в 1968-1969 гг., в результате этой модернизации были улучшены эксплуатационные и эргономические характеристики установки, улучшены условия обитания для расчёта, увеличен (с 300 до 450 часов) ресурс газотурбинного агрегата. Для наведения РЛС сопровождения на визуально обнаруженную воздушную цель в установку был введён командирский прибор наведения. Модернизированная зенитная установка получила наименование ЗСУ-23-4В.

ЗСУ-23-4М1 армии Ирака, 1991г.	ЗСУ-23-4В1 сирийской армии

Дальнейшая модернизация ЗСУ "Шилка" (1970-1971 гг.) осуществлялась в направлении усовершенствования счётно-решающего прибора и повышения надёжности работы радиоэлектронной аппаратуры. Был также увеличен ресурс газотурбинного агрегата с 450 до 600 часов. ЗСУ с этими усовершенствованиями получила наименование ЗСУ-23-4В1. Следующая модернизация установки, проведенная в 1971-1972 гг., обеспечила повышение живучести пушечных стволов (с 3000 до 4500 выстрелов), был также увеличен ресурс газотурбинного агрегата (с 600 до 900 часов). Установка получила название ЗСУ-23-4М1. В 1977-1978 гг. ЗСУ "Шилка" была оснащена наземным радиозапросчиком "Лук" системы радиолокационного опознавания воздушных целей по признаку "свой-чужой". Эта модификация получила наименование ЗСУ - 23-4МЗ.

Учёт опыта боевых действий в горной местности (Афганистан) был реализован при очередной модернизации в 1978-1979 гг. Эта модернизация была направлена на расширение боевых возможностей зенитной установки по борьбе с наземными целями в любых условиях ведения боевых действий. С этой целью из корпуса установки был удалён радиоприборный комплекс и связанная с ним аппаратура. За счёт этого был увеличен возимый боекомплект (с 2000 до 3000 выстрелов), а также введена аппаратура ночного видения, обеспечивающая возможность ведения стрельбы по наземным целям в ночных условиях. Эта модификация получила наименование ЗСУ-23-4М2.

Многолетний опыт эксплуатации и боевого применения ЗСУ "Шилка" показал, что у неё имеются определённые недостатки:
- малая зона эффективного обстрела воздушных целей;
- недостаточное могущество снаряда для поражения новых типов целей;
- пропуски воздушных целей необстрелянными из-за невозможности их своевременного обнаружения собственными средствами.

На основе обобщения опыта эксплуатации и боевого применения ЗСУ "Шилка" были сделаны выводы, что новый зенитный комплекс этого класса должен быть максимально автономным, обеспечивать самостоятельное обнаружение низколетящих целей с помощью собственных средств обнаружения, иметь более дальнобойные средства поражения самолётов и вертолётов. С целью расширения зоны обстрела воздушных целей (обеспечения поражения до рубежа применения ими бортового оружия по прикрываемым объектам) было признано целесообразным поставить на ЗСУ дополнительное ракетное вооружение с системой оптического визирования и радиоуправления ЗУР. В результате анализа этих выводов были сформированы требования к новому комплексу этого типа. Им стал зенитный пушечно-ракетный комплекс "Тунгуска".