Для «подстраховки» ракет на первых вариантах перехватчика предусматривали и две 30-мм пушки НР-30 в корне крыла по обеим сторонам фюзеляжа.
Серийно пушки не ставили — концепция перехватчика конца 1950-х годов не включала в себя ближний воздушный бой. Но на бортах истребителей предусмотрели жаропрочные стальные панели, чтобы не повредить фюзеляж при стрельбе.

На государственных испытаниях 1960 года Су-9 показал, что может уничтожать цели со скоростью 800–1600 км/ч, на высоте от 5 до 20 км, с вероятностью 70–90%. Радиус перехвата в 430 км был даже немного выше требуемых 400.

 
9 июля 1961 года тройка Су-9 участвовала в знаменитом авиапараде, где показали все новинки техники СССР.

 
К сожалению, в первые годы службы Су-9 его мощный двигатель АЛ-7Ф работал не всегда надежно, что вызвало немало аварий и катастроф. Приняли меры и внедрили специальные противопомпажные створки двигателя, которые использовали и на других самолетах — Су-7 и МиГ-21.
Поскольку сверхзвуковой Су-9 по технике пилотирования резко отличался от предыдущих истребителей, его прозвали «ракетой с пилотом».

 
Летчики говорили, что Су-9 сам «хочет летать». Были случаи, когда пилот при потере скорости катапультировался, а истребитель внезапно снова набирал скорость и «садился» сам.
Су-9 завоевал абсолютные мировые рекорды по высоте и скорости полета.
Так, 14 июля 1959 года испытатель Владимир Ильюшин достиг высоты 28 852 м. Чтобы никто не догадался об истинном назначении самолета, для регистрации рекордов в ФАИ (Международная авиационная федерация) перехватчик переименовали в Т-431.

 
Для новых рекордов на Су-9 поставили более мощный двигатель АЛ-7Ф-2, сняли часть оборудования и систем вооружения.
И 4 сентября 1962 года Ильюшин достиг высоты 21 170 м при горизонтальном полете. А 25 сентября пилот Анатолий Кожнов развил на замкнутом маршруте в 500 км среднюю скорость в 2337 км/ч.
26 мая 1960 года летчик Борис Адриянов на доработанном строевом Су-9 установил мировой рекорд скорости на маршруте в 100 км — 2092 км/ч.

 
Су-9 много раз вылетали для перехвата высотных аэростатов со шпионской аппаратурой, летящих на высоте 20–25 км. Поскольку в стратосфере ветры обычно дуют с запада на восток, спецслужбам НАТО достаточно было запустить аэростат из Норвегии, Шотландии, ФРГ или Турции, поставив фотоаппарат на таймер, и потом подобрать сброшенный контейнер с плёнкой в Тихом океане. Перехват таких беспилотных «шпионов» требовал от летчиков высочайшего мастерства. 

А 1 мая 1960 года Су-9 гнался за знаменитым самолетом-шпионом U-2 Фрэнсиса Гэри Пауэрса. В тот день капитаны Сакович и Ментюков перегнали два Су-9 с Новосибирского завода на аэродром Кольцово у Свердловска без оружия и высотных костюмов. Но тут Пауэрс, нарушив границу СССР, пролетал мимо. И только Су-9 имел хорошие шансы на перехват настолько высотного самолета. Евгений Савицкий, командующий истребительной авиацией ПВО страны, лично отдал приказ таранить нарушителя. И оба пилота по очереди взлетели выполнять приказ, отлично зная, что при таране без высотных костюмов они гарантированно погибнут. Однако наземные службы не смогли точно навести их Су-9 на цель — и U-2 был сбит ракетами С-75.

 
А Су-9 продолжали нести службу по охране неба вплоть до 1981 года.
Сегодня с истребителем-перехватчиком Су-9 можно познакомиться на Музейной площадке № 1 парка «Патриот» в экспозиции ВВС под открытым небом.