2011年12月9日，中国与乌克兰特种设备进出口公司签署合同，以4478.71万美元的价格购入三架伊尔 - 78空中加油机。此批飞机原归属于乌克兰空军库存，于1987年生产。自苏联解体后，这些飞机长期处于封存状态，因缺乏必要维护，机体遭受严重腐蚀，已闲置近20年。
彼时，乌克兰经济形势严峻，军费开支不足国内生产总值的1%。在此情况下，乌克兰空军无力对这类高耗油装备进行保养，且该国并无远程作战需求。乌方内部甚至曾探讨过将这些飞机直接当作废铁出售的方案。
该合同涵盖飞机翻修及相关设备。中国方面之所以看重这批伊尔 - 78，主要是因其平台基础良好，且具备UPAZ - 1加油吊舱技术。乌克兰在继承苏联遗产时，曾拥有20多架伊尔 - 78，苏联解体后，大部分飞机被转为运输机或处于封存状态。此前，印度于2008年花费1.5亿美元购置了6架伊尔 - 78，阿尔及利亚在1998年也购入了6架。而乌克兰出售给中国的是三架处于封存状态的二手飞机，平均每架价格不到1500万美元，较俄罗斯当时的报价低一半以上。
乌克兰媒体后续报道称，该合同价格低于预期，对于尼古拉耶夫飞机修理厂而言是一桩亏本的买卖。然而，鉴于当时乌克兰急需外汇，故而只能签订此合同。
飞机留在乌克兰的尼古拉耶夫飞机修理厂进行翻修，期间中国工程师全程参与。2014年3月25日，首架飞机在库利巴基诺机场完成试飞，并于同年9月交付。第二架飞机于2015年6月26日交付。第三架飞机在2016年4月16日完成测试后交付。
这些飞机配备了UPAZ - 1软管加油吊舱，具备同时为三架战机进行加油的能力，单架飞机的最大输出油量约为105吨。
中国接收后，没有直接投入使用，而是组织团队进行系统研究。工程师把加油吊舱全部拆解，测量卷轴结构、软管长度、锥筒对接参数、泵阀密封性能、材料耐温耐压指标，一共提取了56项关键技术数据。
这些数据涵盖高空乱流中软管稳定、速度差控制在5公里每小时以内、角度偏差不超过3度等核心难点。苏联几十年的加油系统经验，就这样完整呈现在中国团队面前。
当时中国空军远程能力不足。苏-27、苏-30、歼-11系列战机性能好，但没有大型加油机支持，作战半径受限。国产轰油-6基于轰-6改进，载油量只有37吨，可输出油量更少，一次只能给一两架战机加油，根本满足不了编队远海巡航需求。
伊尔-78的到来，直接解决了多机同时加油和长航时问题。2016年开始，这三架伊尔-78与苏-30MKK、歼-11B合练，南部战区远海巡航编队一次飞出2400多公里，歼-11B滞空时间翻倍，作战半径扩展到5000公里。
更重要的是，这些飞机为后续自主研发提供了基础。运-20大型运输机2013年1月26日首飞，2016年7月6日首批交付部队。
2018年左右，运-20加油机改型开始试飞，2019年正式试飞，2020年6月初曝光，2021年公开亮相，2022年正式入役，命名为运油-20。
运油 - 20 保留了多机同时加油的布局，将单吊舱改进为双管并联设计，能够适配歼 - 10、歼 - 16、歼 - 20 等不同型号的受油机。其输油管采用复合材料制成，具备耐反复弯折的特性。加油系统升级为全电控模式，飞行员可在座舱内通过按键进行操作。
运油 - 20 的最大载油量超过 100 吨，可输出的加油量达 75 吨以上，一次能够为四架甚至六架战机补充燃油。2022 年 8 月，在东部战区举行的台海演习中，运油 - 20 为歼 - 20、歼 - 16 同时加油的画面得以公开。
换装涡扇 - 20 发动机后，运油 - 20B 的推力提升幅度超过 40%，油耗降低 20%，载油量和输出油量进一步提高，能够达到伊尔 - 78M - 90A 的性能水平。
当前，中国空军已构建起以运油 - 20 为主、伊尔 - 78 为辅的空中加油体系。三架伊尔 - 78 在后期部分被转作运输用途，不过其在早期发挥的作用无可替代。
运油 - 20 的列装，使中国空军的远程机动能力实现了大幅提升。空军战机的巡航范围能够覆盖南海、东海，穿越宫古海峡时不再受燃油的限制。歼 - 20 等隐身战机的作战半径得到显著扩展，中国空军的战略投送能力和持续作战能力跃居世界前列。
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