Ostatnią jednostką był pułk lotnictwa w Belbek na Krymie.
thumb|left|Su-15 w locie bojowym z pociskami R-98 lub R-98M, naprowadzanymi półaktywnie Samoloty Su-15 dokonywały wielu przechwyceń samolotów naruszających przestrzeń powietrzną ZSRR, także pasażerskich i transportowych. Po raz pierwszy: w nocy 11/12 września 1970 Su-15 zmusił do lądowania greckiego Douglasa DC-3. 20 kwietnia 1978 nad Karelią Su-15TM na rozkaz dowództwa wystrzelił rakietę w stronę południowokoreańskiego, niepodporządkowującego się komendom samolotu pasażerskiego Boeing 707 HL7429 lecącego z Paryża do Anchorage; uszkodzony samolot został zmuszony do lądowania na zamarzniętym jeziorze Korpijärvi, zginęły dwie osoby ze 109 znajdujących się na pokładzie. Najbardziej znanym i tragicznym epizodem związanym z Su-15 było zestrzelenie koreańskiego samolotu pasażerskiego Boeing 747 KAL007 1 września 1983, naruszającego granicę nad Kamczatką i Sachalinem, w rezultacie czego zginęło 269 osób (według wersji radzieckiej, był on wzięty za samolot rozpoznawczy). 18 lipca 1981 Su-15 staranował irański samolot transportowy CL-44 (pilot katapultował się).
Su-15 miał dobre charakterystyki lotne, a jego poziom awaryjności nie przekraczał przeciętnego.