20-мм пушка ШВАК нашла широкое применение в советской авиации и устанавливалась на многих типах самолётов. Синхронные и крыльевые 20-мм установки ШВАК (20-мм пушка, 12,7-мм пулёмет) были установлены на истребителях И-153П, И-16, И-185, Як-1, Як-7Б, ЛаГГ-3, Ла-5, Ла-7, Пе-3, а в 1943 г. было выпущено 158 пушек для установки на истребителях «Харрикейн» взамен 7,92-мм пулемётов «Браунинг». Две неподвижные пушки были размещены на бомбардировщике Ту-2 и на части бомбардировщиков Пе-2.

Мотор-пушка ШВАК с некоторыми изменениями в 1941—1942 гг. устанавливалась на танках Т-30 (модификация Т-40), Т-60 и Т-38, что позволило увеличить мощность их огня в десятки раз и довести прицельную дальность до 7 км. Несколько сот танков Т-60 принимало успешное участие в боях под Истрой в декабре 1941 г. во время исторической битвы за Москву. Оборонительные турельные установки с 20-мм пушками ШВАК были установлены на бомбардировщиках Пе-8 и Ер-2.