結束“西北敘利亞攻勢”以後，敘政府軍又於2015年10月15日，在拉塔基亞發起攻勢。目的是消滅土敘邊境上的反對派武裝，完全控制拉塔基亞省。戰至11月底，敘政府軍一共收復了200平方公里的領土。不過，這期間還發生了土耳其擊落俄空天軍的蘇-24一事，令敘利亞局勢複雜化。
在2015年秋冬實施的“西北敘利亞攻勢”、“拉塔基亞攻勢”中，俄空天軍毫無疑問地承擔了絕大部分空中支援任務。飛機嚴重老化的敘空軍則乘此機會維修、保養自己的飛機，沒有大規模出動。
在2015年底到2016年初的這段時間裡，敘政府軍在俄空天軍的支援下，對大馬士革東古塔地區、霍姆斯省、哈馬省、阿勒頗省的反對派武裝予以沉重打擊，基本奪回了“大馬士革-霍姆斯-阿勒頗”這一敘經濟最發達地區的控制權，扭轉了之前被動的局面。
在敘戰局逆轉的同時，圍繞著敘利亞問題的國際政治博弈加劇，土耳其擊落俄軍機，俄土交惡，西方國家也加大了對俄羅斯的輿論和外交壓力。在這種情況下，2016年3月14日，俄羅斯總統普京宣佈，自3月15日起從敘利亞撤軍。截至3月30日，俄空天軍在敘利亞的戰機已經撤離了一半，只留下約36架固定翼飛機。
一旦俄空天軍主力撤走，敘空軍的重要性就體現出來了。敘空軍手中畢竟還擁有設施最完備的提亞斯空軍基地和17架經過升級的蘇-24MK戰鬥轟炸機，它們構成了敘空軍最強有力的打擊力量。同時，隨著敘政府軍在地面上的勝利，很多機場都被修復，敘空軍的活動範圍得以擴大。2016年4月底，敘政府軍重新啟用了剛剛被解放的巴爾米拉機場，使得空中支援代爾祖爾的航程縮短了100千米。
2016年5月，俄羅斯國防部決定增加在敘境內的卡-52、米-28N武裝直升機數量，而撤回全部的蘇-25攻擊機。時值敘利亞的雨季和沙暴季節，晝間作戰效能大幅下降，而敘空軍大部分戰機和蘇-25均不具備夜戰能力。所以，天氣帶來的打擊能力空缺只能由具備全天候打擊能力的卡-52、米-28N武裝直升機來填補。俄國防部這一部署表明俄空天軍出動武裝直升機在夜間實施攻擊，而敘空軍戰機在晝間空襲的分工模式已經形成。
考慮到內戰之初敘空軍擁有多達24架蘇-24戰鬥轟炸機，而經過多年內戰損失到2016年只剩下了17架，無法填補俄空天軍主力撤走帶來的火力空缺。於是，2016年7月，俄羅斯國防部宣佈將向敘利亞空軍交付10架蘇-24M2戰鬥轟炸機，並當即交付了首批2架蘇-24M2,剩餘的8架將在接下來的時間裡分期分批交付。
蘇-24M2戰鬥轟炸機配備了最新型雷達設備，可使用各種型號的精確制導武器，同時導航系統的精度也得到了提升，很適合對目標進行精確打擊。它們的到來使敘空軍的作戰效能大大提升。果然，在接下來的阿勒頗之戰中，蘇-24M2戰鬥轟炸機就發揮了重大作用。
2016年6月25日，俄羅斯空天軍和敘利亞空軍對阿勒頗北部的馬拉農場發起猛烈的空襲，隨後敘政府軍和真主黨部隊攻入了馬拉農場。戰至7月7日夜，在空軍的支援下，敘政府軍攻佔了馬拉農場南部的一個制高點。攻佔了這裡，敘政府軍的炮火就可以封鎖反對派武裝和阿勒頗城內的補給線。7月17日，敘政府軍攻佔了連接城內城外交通線上的重鎮卡斯特爾羅（Castello），敘反對派武裝的主要補給線被切斷。7月27日，敘政府軍徹底將城內城外的聯繫切斷，把兩萬多名反對派武裝包圍在了城裡。
然而，伊德利卜省的“征服陣線”很快發起瞭解圍作戰。7月31日，“征服陣線”集中重兵同時對阿勒頗西北的馬拉農場和阿勒頗西南的拉莫施區發起進攻，意圖打破政府軍的包圍圈。此時，敘政府軍主力“老虎旅”和第4機械化師都在阿勒頗北部，導致城南空虛。“征服陣線”很快打到了M5高速公路，隨即又於8月8日以自爆車開路對1070公寓和阿勒頗水泥廠發起大規模攻勢，意圖徹底擊破包圍圈。關鍵時刻，俄敘空軍密集出動對“征服陣線”武裝人員實施轟炸。
8月14日夜，敘空軍具備全天候作戰能力的10架蘇-24M2出動20餘架次，投下大量威力巨大的桶裝炸彈，其中部分炸彈還裝備了延時裝置，以增加威力。在空軍的全力支援下，到8月17日，敘政府軍收復了1070公寓區70%的區域。
敘空軍蘇-24轟炸反對派武裝的出色表現引起了美國奧巴馬政府的警惕。這就導致了“猛禽”出動攔截蘇-24一事的發生。2016年8月19日，當敘空軍的蘇-24戰鬥轟炸機在哈賽克市附近巡邏時，遭到兩架美國空軍F-22戰鬥機逼近。
根據美國官方的說法，這是為避免敘空軍的蘇-24戰鬥轟炸機誤擊在該地區作戰的美國特種部隊。美國空軍的F-22戰鬥機一直監視著敘空軍的蘇-24嗎，直到其離開該空域。這一事件也從側面說明，敘空軍蘇-24戰鬥轟炸機的戰鬥力令各方勢力頗為忌憚。
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