Su-35S telah menambah kekuatan Rusia yang ditempatkan di Suriah yang awalnya terdiri lebih dari 50 pesawat dan helikopter, termasuk Sukhoi Su-24M, Su-25SM dan Su-34. Mereka dikirimkan ke pangkalan udara Khmeimim di provinsi Latakia.
Pada tanggal 7 Oktober, Moskow juga melibatkan Angkatan Laut Rusia dalam operasi militer. Empat kapal rudal dari Caspian Flotilla memecat 26 rudal jelajah Kalibr (penyebutan NATO Sizzler) ke sejumlah sasaran di Suriah. Jet tempur Sukhoi Su-30SM yang dikirimkan pada pertengahan Oktober memberikan dukungan serangan.
Pada pertengahan November, setelah pesawat komersial Rusia jatuh di Mesir diduga karena serangan teroris dan menewaskan 224 orang di dalamnya. Moskow kemudian meningkatkan jumlah pesawat yan mengambil bagian dalam operasi di Suriah dengan beberapa lusin pembom strategis yang dikirim dalam serangan jarak jauh.
Pada tanggal 24 November, F-16 Turki menembak jatuh Sukhoi Su-24M Rusia di perbatasan Suriah-Turki. Rusia kemudian mengarahkan sistem pertahanan udara S-400 ke Suriah untuk melindungi pesawat tempur yang terlibat dalam operasi militer dan mulai mempersenjatai jet tempur dengan rudal udara ke udara guna melindungi pesawat lain yang sedang melakukan serangan
