12 мая 1959 - Первые серийные истребители-перехватчики Су-9 (Т-3) отправлены в строевой полк ПВО.

Первый полет истребителя Су-9 состоялся ещё 10 октября 1957 года. В 1960 году самолёт Су-9 был задействован в борьбе с высотными разведывательными самолётами Lockheed U-2, регулярно совершавшими полёты над территорией СССР. 1 мая 1960 года на высоте 20 000 м лётчик И. Ментюков на истребителе Су-9 пытался таранить U-2, пилотируемый Ф. Г. Пауэрсом и сбитый позднее с помощью ЗРК С-75. Су-9 перегоняли с завода, по этой причине он не имел на борту вооружения, а лётчик был без гермокостюма. Однако из-за ошибок оператора наведения и отказа бортовой РЛС таран не состоялся. Была только одна попытка по причине нехватки топлива, так как на такую высоту можно подняться только на полном форсаже.
В конце 1960-х годов с аэродрома Кюрдамир (Бакинский округ ПВО) подняли пару самолётов на перехват двух иранских истребителей, нарушивших воздушное пространство СССР. Ведущий после наведения с земли произвёл пуск РС-2УС, однако бортовая РЛС советского истребителя восприняла две близко летевшие цели как одну, и ракета прошла между иранскими самолётами, не поразив ни один из них.
Возможно, Су-9 участвовали в других эпизодах перехвата самолётов-разведчиков, однако точных данных на этот счёт нет. Самолёты этого типа активно использовались для перехвата автоматических дрейфующих аэростатов. Известен случай, когда Су-9 ракетой К-5 подбил аэростат, летящий на высоте 26 км, который, снижаясь, был расстрелян другим истребителем