2020年4月至5月,中国空军先后派出包括运20在内的多架次运输机,向巴基斯坦、缅甸、老挝、泰国、斯里兰卡、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦等国运送疫情防控物资。
2021年2月7日,运20携带中国人民解放军向柬埔寨军队提供的首批新冠疫苗,飞抵柬埔寨首都金边。
2022年1月26日,由中国空军组成的赴汤加执行运送救灾物资任务空中运输编队搭载援汤救灾物资,经过1万多公里的飞行,抵达汤加首都努库阿洛法。这是运20本年度首次赴境外执行任务,也是运20赴境外执行任务航程最远的一次。
2022年2月9日,中国空军运20向越南和印尼运送新冠肺炎疫情防控物资。
2022年2月18日,1架中国空军运20抵达所罗门群岛首都霍尼亚拉,运送超过20吨物资,执行紧急驰援任务。
2022年6月28日,2架运20运载中国政府援助阿富汗抗震救灾物资飞抵喀布尔机场,执行国际人道援助任务。
2022年8月30日,运20飞赴巴基斯坦,运送3000顶帐篷等人道主义救援物资。
2023年10月,阿富汗连续发生强烈地震,2架运20运载着中国政府、中国人民解放军和中国红十字会提供的人道主义救援物资,飞抵阿富汗赫拉特机场,其中包括棉被、冲锋衣、帐篷、折叠床等阿富汗灾民急需的物品。