Пока самолет испытывали и организовывали серийное производство, в его арсенале появились корректируемые авиабомбы КАБ-500ПЛ «Загон». Последняя имела акустическую систему наведения и небольшие рули на ее носовой части. Приняли на вооружение и новейшую ракету-торпеду «Орлан». Аэромагнитометр АП-60 заменили АП-73. Тогда же круглый обтекатель РЛС системы «Беркут» заменили каплевидным.
В 1970 году Ил-38 освоили экипажи 289-го полка в Николаевке (Владивосток), впоследствии переименованного в 77-й оплап (командир – полковник И.И. Ивкин) Тихоокеанского флота, на долю которого выпало патрулирование акваторий Тихого и Индийского океанов. Весной того же года Ил-38 24-го оплапдд впервые участвовали к тому же в самых крупномасштабных учениях, проведенных в Советском Союзе, «Океан».
В 1973-м сформировали 145-й оплаэ (отдельную противолодочную авиационную эскадрилью) Ил-38 на Балтийском флоте, дислоцировавшуюся на аэродроме Скулте (Рига). Это подразделение просуществовало менее 20 лет, в 1992 году эскадрилью вывели из Риги и расформировали, а ее материальная часть пополнила полки в Североморске и Николаевке, а также Центра летного состава авиации ВМФ в Острове.
В январе 1980 года отряд Ил-38 из 145-й оплаэ перебазировали в Демократическую Республику Йемен. Сначала он находился в Адене, а с 1983 года – на авиабазе Эль-Анад, откуда выполнял полеты нал Аравийским морем и северной частью Индийского океана.
В 1985 году 145-ю оплаэ сменил отряд 77-го оплап, до этого находившийся на авиабазе в Асмаре, где они от ударов эритрейских сепаратистов потеряли на земле два Ил-38. Это были первые и последние боевые потери противолодочных самолетов.
Ил-20М – вылет на боевое задание
Во время ирано-иракского вооруженного конфликта по договоренности с правительством Южного Йемена из Индийского океана в Аравийское море и Персидский залив направили корабли 8-й опэск (отдельной противолодочной эскадры). Противолодочное обеспечение этой оперативной эскадры осуществляли самолеты Ил-38 Северного, Тихоокеанского и Балтийского флотов.