В настоящее время 277-й бомбардировочный авиаполк располагает 24 самолетами Су-24М. Как отмечает российский военный блог bmpd, который ведут специалисты Центра анализа стратегий и технологий (ЦАСТ), он станет третьим по счету полком ВВС России, перевооруженным на Су-34.

Первыми двумя полками на новых бомбардировщиках стали 47-й смешанный авиационный полк 105-й смешанной авиационной дивизии 6-й Ленинградской Краснознаменной армии ВВС и ПВО Западного военного округа на аэродроме Балтимор (Воронеж), получивший в 2011-2013 годах 24 единицы Су-34, и 559-й отдельный бомбардировочный авиационный полк 4-й Краснознаменной армии ВВС и ПВО России Южного военного округа на аэродроме Морозовск (Ростовская область), получивший в 2013-2015 годах 36 таких самолетов.

Кроме того, Су-34 находятся в составе государственного летного испытательного центра (ГЛИЦ) ВВС России в Ахтубинске и центра боевого применения и переучивания летного состава ВВС в Липецке. Самолеты этого типа поступают на вооружение российской военной авиации с 2007 года, в настоящее время темп производства составляет 16-18 машин в год. В январе 2016 года стало известно, что ОКБ Сухого разрабатывает модернизированный вариант самолета под индексом Су-34М, который должен быть создан к 2020 году.

В общей сложности по состоянию на конец декабря 2015 года Минобороны получило 83 опытных, предсерийных и серийных бомбардировщиков Су-34. Предполагается, что в ближайшие два-три года может быть заключен еще один контракт на поставку этих самолетов, численность которых в итоге должна быть доведена примерно до 200 единиц. С осени 2015 года Су-34 участвуют в боевых действиях в Сирии.