Pociski te nadawały się przede wszystkim do zwalczania bombowców na średnich i dużych wysokościach, natomiast nie nadawały się do walki manewrowej. Przewidziano także zwalczanie przez nie szybkich pocisków skrzydlatych (w tym celu opracowano taktykę wystrzeliwania rakiet, gdy pocisk wyprzedził samolot). Jedynie nieco nowocześniejsze były pociski R-55 naprowadzane termicznie pasywnie (pochodne RS-2US z nową głowicą).
Pierwsze użycie bojowe Su-9 miało miejsce 9 kwietnia 1960, podczas próby przechwycenia samolotu U-2, lecz na skutek błędów przy naprowadzaniu i nie wypracowania jeszcze techniki przechwytywania celów wysoko lecących (wymagającej odpowiedniego profilu lotu dla nabrania wysokości), para Su-9 przeszła znacznie pod celem. Podczas lotu U-2 Francisa Gary'ego Powersa 1 maja 1960, w jego rejonie znajdował się tylko jeden nieuzbrojony Su-9 transportowany z fabryki, który podjął mimo to próbę przechwycenia, lecz bezskutecznie (Powers został później zestrzelony rakietą przeciwlotniczą).