Ее массовое производство развернулось в годы Великой Отечественной войны: в 1942 г. была выпущена 34601 пушка, в 1943 г. - 26499 пушек, в 1944 г. - 25633, в 1945 г. -13433. В 1946 г. было выпущено 754 пушки, и на этом производство 20-мм пушек ШВАК прекратилось.
20-мм пушка ШВАК нашла широкое применение в советской авиации и устанавливалась на многих типах самолетов. Синхронные и крыльевые 20-мм установки ШВАК были установлены на истребителях И-153П, И-16, Як-1, Як-7Б, ЛаГГ-3, Ла-5, Пе-3, а в 1943 г. Было выпущено 158 пушек для установки на истребителях «Харрикейн» взамен 7,92-мм пулеметов «Браунинг». Две неподвижные пушки были размещены на бомбардировщике Ту-2 и на части бомбардировщиков Пе-2.