ЗСУ -23 -4 обеспечивает поражение воздушных целей, летящих со скоростью до 450 м/с, в круговой зоне обстрела по дальности — до 2500 м, по высоте до 2000 м. Зенитный автомат АЗП — 23 — 4 обеспечивает темп стрельбы — 4000 выстрелов в минуту, боекомплект установки — 2000 выстрелов. ЭСУ-23-4 состояла на вооружении мотострелковых (танковых) полков. Она входила в состав зенитной ракетно-артиллерийской батареи, которая, в свою очередь, состояла из двух взводов: взвод зенитных ракетных комплексов (ЗРК) " Стрела-1 " и взвод ЗСУ "Шилка", а в последующем — в состав зенитной батареи (6 ЗСУ) зенитного дивизиона мсп (тп). Управление батареей осуществлялось начальником ПВО полка через автоматизированный пункт управления ПУ-12 (ПУ- 12М). Команды, распоряжения и данные целеуказания поступают на ЗСУ "Шилка" с помощью радиостанций, установленных на командном пункте и боевых машинах. ЗСУ "Шилка" может использоваться не только для прикрытия подразделений полка от ударов воздушного противника, действующего на малых и предельно малых высотах во всех видах боевых действий, но и для борьбы с наземным противником, в том числе с легко бронированными целями.
Наиболее близким зарубежным аналогом ЗСУ "Шилка" в 60-е годы являлась американская 20-мм шестиствольная установка М163 ("Вулкан"). Установка состояла из 20-мм шестиствольной пушки "Вулкан" и аппаратуры управления огнём, размещённых на базе гусеничного бронетранспортёра М113А1. В систему управления огнём входили: гиростабилизированный прицел со счётно-решающим прибором, радиолокационный дальномер, прицельные устройства.
ЗСУ "Шилка" находилась на вооружении армий стран Варшавского договора, стран Ближнего Востока, Африки, Азии. В боевых условиях "Шилка" применялась в локальных арабо-израильских войнах в 60-х годах, в октябре 1973 года, в апреле-мае 1974 г. В 1973 г. (7 октября) огнём одной установки "Шилка" были уничтожены два самолёта "Фантом".
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" имют 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.
