فلحماية القاعدة من الجو نشرت أنظمة الدفاع الجوي التي تحمي المطار العسكري السوري حميميم، حيث توجد القاعدة الجوية الروسية، على أربع مستويات من الدفاعات الجوية الروسية والسورية. تحمي القاعدة على المدى البعيد المنظومة الروسية S-400 "تريومف" (الانتصار) و S —200VE "فيغا". على المسافات المتوسطة، الطرادان الصاروخيان "موسكفا" و "فارياغ"، بصواريخهما S-300 "فورت" مستعدان لصد أي هجوم جوي، ويرابطان في البحر الأبيض المتوسط بالقرب من الساحل السوري، بالإضافة إلى البطاريات الصاروخية البرية "بوك-M2E". أما على المدى القريب فهناك أنظمة الدفاع الجوي الصاروخية قصيرة المدى "أوسا- AKM" و S-125 "بيتشورا-2M"،. وأخيرا المنظومة المدفعية — الصاروخية "بانتسير- S 1" (الدرع) التي تحمي المطار وتحمي منظومات S-400 مباشرة.
كما نلاحظ، يحمل جزء من أنظمة الدفاع الجوي رمز "E"، ويشير هذا إلى أن النسخة مخصصة للتصدير فقط. بينما سحب نظام الصواريخ S-200 "فيغا" من الخدمة في القوات الروسية. وتنتج "بيتشورا" أيضا للتصدير فقط. وفي عام 2011 اشترت سوريا 18 منظومة من الصواريخ المتوسطة المدى "بوك-M2E". كل هذا يدل على أن القاعدة محمية من قبل منظومات مشتركة روسية — سورية.
وتم نشر منظومات الحرب الإلكترونية "كراسوخا- 4" لحماية القاعدة الجوية من نظم الاستطلاع الجوي والفضائي، التي تعمي أقمار التجسس والرادارات الأرضية وطائرات الرادار (أواكس). ومن الجدير بالذكر أن المواصفات الفنية لمنظومات "كراسوخا- 4" سرية للغاية، ولكن المعروف عنها أنها تستطيع أن تعمي جميع أنواع الرادار المعروفة. وتتمكن من اعتراض الطائرات بدون طيار والتحكم بها. ويبلغ مدى المنظومة 300 كم.
أما من البر، فجميع الطرق والوجهات التي تؤدي إلى القاعدة الجوية محمية من قبل مشاة البحرية الروسية ودبابات T-90 "فلاديمير". ووفقا للخبراء، فهذه الدبابات أفضل وسيلة لحماية المواقع الثابتة في الصحراء. وتتميز دبابة T-90 مقارنة مع دبابة T-72 ببرج أفضل تصفيحا وجهاز حراري حديث ومتكامل مع جهاز التسديد الرئيسي وجهاز استقرار محسن للمدفع وجهاز تلقيم تلقائي أفضل. أما نظام التحكم في إطلاق النار المزودة به هذه الدبابة فلا نظير له في العالم، فهو يتيح للدبابة T-90 تدمير الهدف المتحرك بالقذيفة الأولى في جميع الأحوال الجوية.
