Su-9 miał dobre charakterystyki lotne, rozpędzał się szybko, lecz miał szereg właściwości odmiennych od innych samolotów, zwłaszcza dość trudnym elementem było lądowanie. Wejście Su-9 do służby wiązało się ze znacznym przeskokiem technicznym jednostek latających dotąd głównie na poddźwiękowych myśliwcach MiG-17, a także z koniecznością opanowania bardziej zaawansowanej technologii przez zakłady je produkujące. W połączeniu z niedopracowaniem części systemów samolotu, głównie zespołu napędowego, spowodowało to nadmierną liczbę wypadków, zwłaszcza w latach 1961-1963 (ponad 20) i początkowo niski stopień gotowości samolotów. Pod koniec lat 60. zdołano obniżyć awaryjność samolotów do przeciętnego poziomu.
Promień działania bojowego Su-9 wynosił początkowo 320–450 km, lecz następnie po zwiększeniu zapasu paliwa wzrósł do 430–600 km. Samolot mógł być naprowadzany z ziemi według komend systemu Wozduch-1, za pomocą radiolinii Łazur (ARŁ-S). Kompleks uzbrojenia jednak szybko przestał być nowoczesny z uwagi na słabe parametry stacji radiolokacyjnej i naprowadzanych w wiązce prowadzącej pocisków RS-2US – mogły one zwalczać cele jedynie z tylnej półsfery i miały niewielki zasięg, a ich naprowadzanie wymagało utrzymania celu na kursie samolotu aż do trafienia pocisku.