155 из 172 построенных самолётов были поставлены в СССР и использовались в 1976—1983 годах, после чего выведены из эксплуатации и утилизированы. В России сохранилось два экземпляра самолёта.

В 1976 г. самолет начал поступать в подразделения ГА на эксплуатационные испытания. Работа проводилась под контролем ВНИИ ПАНХ. С целью переучивания летного состава Аэрофлота в Мельце один М-15 (серийный No. 01-04) переделали в двухместный вариант, организовав на нем вместо кабины сопровождающих кабину инструктора. Самолет перегнали во Львов на базу, где проходила передача построенных в Польше самолетов Аэрофлоту.
Как показали испытания, советский агропром был абсолютно не готов принять М-15 и нормально его эксплуатировать. Поставленные несколько лет назад задачи по индустриализации сельского хозяйства не были выполнены. Химикаты по-прежнему хранились под открытым небом, представляя собой порошки и слипшиеся в комки кристаллические вещества. Гранулированные химикаты не выпускались. Не было и соответствующих загрузчиков. Польша предлагала поставлять в СССР вместе с самолетом и загрузчики, сделанные на базе небольших колесных экскаваторов, но получила отказ.

В распоряжении авторов имеется информация, полученная из ВНИИ ПАНХ об эксплуатации самолета в подразделениях Аэрофлота. По данным этого документа, М-15 эксплуатировались в следующих местах:

в Майкопе - 317-й авиаотряд (АО). Там около 60 самолетов летали до 1983 г. Общий налет составил около 50 тысяч часов. Многие самолеты вылетали ресурс до первого ремонта, установленный в 1500 летных часов. Лидерный борт имел годовой налет 378 ч, а средний налет равнялся 260 ч. Средний дневной налет составил 2,9 ч при 5чуАн-2 (по данным за 1978-79 гг.);
в Полтаве находилось 7 самолетов, летали только год. Общий налет был около 150 ч. В 1977 г. произошла катастрофа - летчик, взлетая с убранными закрылками, выкатился за пределы ВПП и врезался в деревья. Пилот погиб, самолет полностью разрушился. После этого в Полтаве никто на М-15 не летал;
в Воронеже было 5 самолетов. Средний дневной налет составил 3,6 ч при 5,7 ч у Ан-2 (поданным за 1978-79 гг.);
в Пятигорске количество самолетов не указано. Средний дневной налет - 3,5 ч при 5,2 чу Ан-2 (поданным за 1978-79 гг.);
в Черновцах, Сумах и Кокчетаве, но сведений по налету и количеству самолетов в этих местах не приведено.
По данным ВНИИ ПАНХ, в Майкопе, Пятигорске и Воронеже средняя дневная производительность самолета М-15 на авиахимработах составила 328,7 га при 310,7 у Ан-2. При этом себестоимость полетов на М-15 была 167,7 рубля за летный час, а на Ан-2 - только 76,1 рубля за час. Средний показатель производительности самолета М-15 по всем видам АХР составил 107,8 гектара за летный час при 62,9 га/л*ч у Ан-2. То есть по этому
показателю М-15 превзошел Ан-2 на 71%. В то же время, дневной налет М-15 оказался в 1,5-2 раза ниже, чем у Ан-2 - 2,9-3,5 ч при 5-5,7 ч у Ан-2.

В чем же причина столь неутешительного положения? В перечне отказов и неисправностей самолета М-15 часто встречается запись: "забивание воздушных каналов и зависание минеральных удобрений в системе опыливания, при сложности и трудоемкости ее очистки без демонтажа аппаратуры". Но ведь систему забивали порошки и кристаллические вещества, работа с которыми не была предусмотрена конструкцией пневмотранспорта с самого начала! Правда, довольно часто встречаются и конструктивно-производственные дефекты, такие как негерметичность аппаратуры опрыскивания, расслоение стеклопластиковой обшивки нижнего крыла, плохое качество лакокрасочных покрытий и резинотехнических изделий, низкая надежность и малые ресурсы оборудования. Руководство инженерно-авиационной службы Аэрофлота жаловалось на низкое качество и некомплектность инструмента, необходимость перестройки и расширения ангаров, а также постройки новых аккумуляторных. Заметим, однако, что все это типичные проблемы, возникающие при внедрении любой новой техники, от них никуда не денешься. В то же время, техники, в основном, с удовлетворением приняли новый самолет. Реактивный двигатель был гораздо проще в обслуживании, чем поршневой, особенно в холодное время года. Однако трудности с обеспечением запчастями и производственные дефекты портили общее впечатление.

В оценках летного состава также звучат положительные нотки - хороший обзор и комфорт в кабине, простота управления, облегчение взлета и посадки в связи с наличием носового колеса. Правда, по сравнению с Ан-2 самолет требовал лучшего состояния ВПП - более твердого грунта, меньшей толщины снежного покрова. Пилоты отмечали и попадание на фонарь снега и грязи от переднего колеса при взлете с размокшей полосы. Некоторые летчики требовали установить на колеса систему автоматического растормаживания, и даже есть запись, отмечающая как недостаток "невозможность запуска двигателя в воздухе".

По данным, предоставленным польским исследователем Б. Браневским, всего в Мельце было построено 12 "спарок" М-15. Однако, как утверждает бывший сотрудник МГА СССР А. В. Салов, все они принадлежали к последней серии выпуска и поступили в Союз (9 штук) к моменту, когда эксплуатация М- 75 была уже фактически свернута.

Рядовой летный состав роптал и по другому поводу. Часовая производительность М-15 все-таки была больше, чем Ан-2. А летчики в СССР получали добавку к окладу именно за часы налета. Так вот: на М-15 они выполняли ту же самую работу, что и на Ан-2, только за меньшее количество часов, плюс простои по неисправностям! В результате их зарплата снизилась. Понимая важность этой проблемы, Р.А. Измайлов направил письмо руководству Аэрофлота с предложением "привязать" зарплату летчиков не к часам, а к гектарам обработанного поля, однако его обращение осталось без ответа. Это тем более кажется удивительным, что проблема отнюдь не была новой: она в точности повторила ситуацию, возникшую на Ан-2М за несколько лет до описываемых событий! Еще причина: возвращаясь после авиахимработ домой, экипажи, как правило, тащили с собой много "даров природы". В Ан-2 для этого было достаточно места, а в М-15 помещались только два техника, колодки и чехлы. При тогдашнем дефиците продуктов питания это очень негативно влияло на репутацию машины.

Руководящий состав подразделений Аэрофлота встретил самолет без энтузиазма. Причина крылась в одном маленьком нюансе - обычно начальствующий персонал несколько раз в год осуществлял на Ан-2 инспекторские проверки техники пилотирования рядовых пилотов. Это давало начальству возможность самим числиться летным составом со всеми вытекающими отсюда приятными последствиями. Однако такие проверки можно выполнять лишь на самолете с двойным управлением! А "спарка" М-15 в Союзе была всего одна, и находилась она с 1977 г. во Львове. Ну как тут проверить у летчика технику пилотирования? Кроме того, авиационный бензин, на котором летал Ан-2, можно было заправлять в собственные "Жигули" и "Волги". А керосин не годился для этого. Все это вместе создало могучий хор критических замечаний в адрес М-15.