Находившиеся в строю ВВС полки с системой К-20 во все большей степени ориентировались на решение задач на море - поражение военно-морских баз и охоту за АУГ. Обеспечивая их выполнение, экипажи ракетоносцев привлекались также к ведению разведки на море, действуя в паре с разведчиками Ту-95МР. В ходе эксплуатации комплекса удалось снизить время подготовки и трудоемкость. Пуски по морским целям выполнялись на Каспии, где полигон с соответствующим телеметрическим и трассологическим оборудованием обеспечивал контроль за полетом ракет (при необходимости, в случае отказа и схода с траектории, - их подрыв). Случалось всякое - однажды в 1983 году, после десятилетней эксплуатации комплекса, ошибка экипажа при тактическом пуске привела к непроизвольному сбросу ракеты. Та сошла с подвески с работающим двигателем и, догнав самолет, ударила его в фюзеляж. Экипаж успешно добрался домой на поврежденном самолете, а Х-20М рухнула в море, где ее потом долго и безуспешно искали моряки Каспийской флотилии.
Надежность комплекса по мере службы росла, достигнув приемлемого уровня. При последних стрельбах, проведенных в 1006-м ТБАП в 1987 году, из пущенной дюжины ракет все отработали штатно, поразив условные цели на полигоне. Однако это был уже прощальный аккорд - боевая эффективность комплекса К-20, созданного по требованиям 1954 года, выглядела малоутешительной, а шансы выполнения реальной боевой задачи в условиях современной ПВО, оснащенной системами раннего обнаружения, воздушными пунктами ДРЛО, новейшими ЗРК и перехватчиками (а палубные «Томкэты» с ракетами «Феникс» появились именно в ответ на угрозу советских ракет) -совершенно несостоятельными.
Тем не менее со списанием Ту-95К не торопились - долгое время дальним машинам с ракетами воздушного базирования не было полноценной замены. Основной упор делался на развитие других составляющих ядерной триады, а в создании стратегических самолетов и ракетного вооружения для них качественные перемены произошли лишь в начале 80-х годов, когда на вооружение поступили крылатые ракеты большой дальности Х-55. Часть Ту-95КМ, пройдя переоборудование под более современный комплекс К-22, осталась в строю. Продолжали числиться в составе ВВС и прежние Ту-95К - к осени 1990 года полтора десятка таких машин находились в Украинке, еще один оставался в Узине. Эти самолеты пошли на слом только после подписания Договора о стратегических наступательных вооружениях СНВ-1 в 1991 году. Тем самым, срок службы комплекса К-20 в ВВС составил более 30 лет.
