Все указанное оборудование ЗСУ "Шилка" размещено на гусеничном шасси высокой проходимости. Боевую работу зенитной установки во всех метеоусловиях обеспечивает радиоприборный комплекс, в состав которого входят: РЛС орудийной наводки, счётно-решающий прибор и визирное устройство. РЛС орудийной наводки обеспечивала обнаружение воздушной цели при круговом или секторном (в пределах 30–80 градусов) поиске по азимуту и одновременном поиске по углу места (в пределах 30 градусов), захват воздушной цели на автосопровождение и определение её текущих координат. РЛС орудийной наводки обеспечивает "захват" воздушной цели на автосопровождение на дальностях не менее 10 км при высоте полёта 2000 м и не менее 6 км при высоте полёта 50 м. Среднеквадратическая ошибка автосопровождения воздушной цели по дальности составляет 10 метров. По координатам воздушной цели, определённым РЛС орудийной наводки, счётно-решающий прибор вырабатывает упреждённые данные для наводки автоматических зенитных пушек в упреждённую точку. Автоматическая наводка пушек осуществляется с помощью силовых гидравлических приводов.
ЗСУ -23 -4 обеспечивает поражение воздушных целей, летящих со скоростью до 450 м/с, в круговой зоне обстрела по дальности — до 2500 м, по высоте до 2000 м. Зенитный автомат АЗП — 23 — 4 обеспечивает темп стрельбы — 4000 выстрелов в минуту, боекомплект установки — 2000 выстрелов. ЭСУ-23-4 состояла на вооружении мотострелковых (танковых) полков. Она входила в состав зенитной ракетно-артиллерийской батареи, которая, в свою очередь, состояла из двух взводов: взвод зенитных ракетных комплексов (ЗРК) " Стрела-1 " и взвод ЗСУ "Шилка", а в последующем — в состав зенитной батареи (6 ЗСУ) зенитного дивизиона мсп (тп). Управление батареей осуществлялось начальником ПВО полка через автоматизированный пункт управления ПУ-12 (ПУ- 12М). Команды, распоряжения и данные целеуказания поступают на ЗСУ "Шилка" с помощью радиостанций, установленных на командном пункте и боевых машинах. ЗСУ "Шилка" может использоваться не только для прикрытия подразделений полка от ударов воздушного противника, действующего на малых и предельно малых высотах во всех видах боевых действий, но и для борьбы с наземным противником, в том числе с легко бронированными целями.
Наиболее близким зарубежным аналогом ЗСУ "Шилка" в 60-е годы являлась американская 20-мм шестиствольная установка М163 ("Вулкан"). Установка состояла из 20-мм шестиствольной пушки "Вулкан" и аппаратуры управления огнём, размещённых на базе гусеничного бронетранспортёра М113А1. В систему управления огнём входили: гиростабилизированный прицел со счётно-решающим прибором, радиолокационный дальномер, прицельные устройства.
ЗСУ "Шилка" находилась на вооружении армий стран Варшавского договора, стран Ближнего Востока, Африки, Азии. В боевых условиях "Шилка" применялась в локальных арабо-израильских войнах в 60-х годах, в октябре 1973 года, в апреле-мае 1974 г. В 1973 г. (7 октября) огнём одной установки "Шилка" были уничтожены два самолёта "Фантом".