Les techniciens américains affirment avoir sabotés les missiles qui étaient sur le départ lors de la Révolution Islamique. Cependant il semble que les Iraniens aient pu contourner ce problème. Les dégâts dus à ces sabotages n'ont abîmé qu'un petit nombre d'appareils avant que les techniciens iraniens ne réparent les missiles. Certaines sources estiment qu'il était impossible pour les iraniens de se servir de ces armes une fois les ingénieurs de Hughes Aircraft partis. Les mêmes affirment que les Iraniens ne se sont servis des F-14 que comme AWACS. Si cette dernière affirmation est probablement vraie en raison des performances extraordinaires du radar AWG-9 qu'ils embarquaient, il semble que les Iraniens ont bien engagé au combat des F-14 équipés d'AIM-54. Les chiffres parlent de 60 à 70 victoires aériennes obtenues par ce mortel couple. À l'entraînement, les Iraniens ont abattu une cible a la distance record de 212 km.
Lors de la guerre du Golfe, très peu d'engagements ont eu lieu entre F-14 américains et avions irakiens, ces derniers ayant appris a reconnaître le F-14 à son radar, et à éviter le combat.
Au début des années 1970, l'Iran était un allié fidèle des États-Unis, et donc un ennemi de l'Union soviétique. Le 16 septembre 1970, un MiG-25 soviétique se rapprochant à Mach 3 des terminaux pétroliers de Kharg fut abattu par deux F-14 iraniens à l'aide d'AIM-54. Le même jour, un autre MiG-25 fut abattu de la même façon. Le 20 décembre 1970 un MiG-21 soviétique fut abattu à la distance minimum de 18 km.
Le 20 novembre 1982 un MiG-21 et deux MiG-23 irakiens furent abattus à l'aide de deux AIM-54 et deux AIM-7 Sparrow.
Le 20 janvier 1987 le Brig. General Hekmat Abdul-Qadr de l'armée de l'air Irakienne fut abattu alors que sa formation de Mirage F1 fut attirée dans un piège par un F-4 Phantom Iranien. Après l'explosion de son avion, son ailier aurait crié à ses équipiers "F-14!!! Fuyez!!! Fuyez!!!" d'après une station d'écoute iranienne.
Fin 87, l'Union soviétique livra des MiG-25BM de lutte anti-radar à l'Irak mais, le 11 novembre, un de ceux-ci fut endommagé par un AIM-54 à l'altitude de 21 000 mètres. En raison d'une avarie de la charge militaire, le Phoenix n'a pas explosé mais a brisé une partie de l'aile du MiG-25, le forçant à rentrer précipitamment à sa base.
Le 19 mars 1988, l'Irak lança une vaste offensive sur le terminal pétrolier de Kharg. La première puis la seconde vague de bombardiers lourds Tupolev Tu-22B passent sans encombre, à la troisième, les F-14 étaient là. Un navire de l'US Navy présent sur la zone a repéré plusieurs tirs d'AIM-54 et vu tomber 3 Tu-22B et un MiG-25RB.
À la fin du conflit Iran-Irak, la France livra de nouveau Mirage F1EQ-5 et 6 équipés de contre-mesures du plus haut niveau. Les F-14 n'arrivaient plus à les engager avec des Phoenix. Le 19 juillet 1988, quatre Mirage F1EQ-6 revendiquèrent la destruction de deux F-14 sans perte de leur côté.
Le missile ayant été utilisé en grand nombre durant la Guerre Iran-Irak, le stock est tombé à 50 armes à la fin de 1987. Il fut temporairement retiré du service par manque de pièces détachées, notamment de batteries introuvables en dehors des États-Unis. Par des voies clandestines, les militaires iraniens réussirent à s'en procurer au coût de 10 000 USD. Suite à cette expérience, ils ont démarré un vaste programme de production locale de ces pièces, mais aussi de pièces détachées pour les F-14, les F-4, etc. Ils auraient même développé une version améliorée du Phoenix à cette occasion.