中国空军首先装备苏-30MKK的单位是空军第3师和飞行训练基地，分别装备19架。传统上，这两个单位是中国空军最先装备从苏联/俄罗斯购入的先进飞机的单位，从米格-15、米格-17、米格-19、米格-21到苏-27、苏-30都是如此。空军第3师第9团换装苏-30后，原先装备的第一批苏-27全部转交给了济南军区空军的空19师。
2001年7月普京总统和江泽民主席会晤时，中国签署了购买了第二批38架苏-30MKK的合同，2002年8月至2002年底，这38架战斗机陆续交付。这两批飞机装备的是南京军区空军的空29师和广州军区空军的空18师，这也都是中国空军的精锐部队。
中国空军装备苏-30的数量在短短两年间就达到了76架，而购买同样数量的苏-27战斗机却花了整整十年。这是中国大陆对分裂的台湾地区加速进行“军事斗争准备”的最明显标志。
2002年，俄中开始磋商关于购买苏-30MKK第二阶段型号（也常被简称为苏-30MK2）的谈判，2003年1月，两国签署第三批苏-30购买合同，KnAAPO将向中国海军航空兵提供24架苏-30MK2，12架苏-30MK2于2004年2-3月份飞抵中国，剩下的12架则于2004年8月底交付。作为中国海军航空兵最先装备苏-30的部队，海航4师10团是一支著名的部队，它曾击落过多架美国和蒋介石政权的飞机，在60年代被中国最高军事机关授予“海空雄鹰团”的荣誉称号。至此，中国所装备的苏-30的数量达到100架。而且，在2005年前，苏-30MKK将是全球最优秀的多用途战斗机。
