Samoloty te używane były przez linie lotnicze byłego ZSRR, Bułgarii, Kuby, Polski, Rumunii, Węgier, KRL-D i Syrii. 14 samolotów tej serii PLL LOT nabył w 1985 roku. Po 1989 roku, po zmianie polityki flotowej na prozachodnią, rozpoczęto wycofywanie tych maszyn. W 1993 roku odbył się ostatni lot rejsowy, a ostatni lot czarterowy w barwach narodowego przewoźnika miał miejsce w 1996 roku. Po 1996 roku dwie maszyny typu Tu-154M Lux pozostawały na wyposażeniu 36 Specjalnego Pułku Lotnictwa Transportowego jako samoloty do przewozu władz państwowych.
14 stycznia 2010 roku największy rosyjski przewoźnik, Aerofłot, wycofał się z czynnego użytkowania samolotu Tu-154M. Ostatni rejsowy lot tego samolotu, z Jekaterynburga do Moskwy, odbył się 31 grudnia 2009 roku.
W marcu 2011 roku rosyjska Federalna Agencja Transportu Lotniczego (Rosawiacja) zaleciła przewoźnikom w Rosji wycofanie z eksploatacji samolotów Tu-154M z dniem 1 lipca 2011 roku, jeśli ich konstrukcja nie zostanie poprawiona; jedną z przyczyn zalecenia była analiza przyczyn wypadków i incydentów lotniczych w ciągu kilku poprzednich lat.