МЛ-20, безусловно, была удачным орудием. Она находилась в нише между классическими полевыми гаубицами с коротким стволом и длинноствольными пушками особой мощности, сильно выигрывая у первых в дальности стрельбы, а у вторых по массе (как следствие этого, она обладала лучшей мобильностью и меньшей стоимостью). На практике первое преимущество приводило к тому, что МЛ-20 была способна наносить удары по позициям наиболее распространённых гаубиц противника, стреляя с недоступных для тех расстояний (например, самая распространённая немецкая гаубица 15 cm s.F.H.18 имела максимальную дальность стрельбы 13,3 км). Результатом второго преимущества являлось гораздо большее количество выпущенных МЛ-20 по сравнению с числом произведённых пушек особой мощности, которые были существенно дороже. В качестве иллюстрирующего примера можно взять немецкую пушку большой мощности 15 cm K.18 весом 12,5 т и максимальной дальностью стрельбы 24,8 км, которое было произведено с 1940 по 1943 в количестве 101 шт., или превосходное орудие на мортирном лафете 17 cm K.18 Mrs.Laf (23,4 т, 29,6 км), которое было выпущено в количестве 338 шт. Более лёгкие немецкие пушки 10,5 cm K.18 (5,6 т, 19,1 км) были более многочисленны — их выпуск составил 2135 шт., но мощность их осколочно-фугасного снаряда весом 15 кг не идёт ни в какое сравнение с 44 кг снарядом МЛ-20.
При сравнении МЛ-20 с немногочисленными аналогами очевидно преимущество советской пушки. 155-мм французские пушки обр. 1917 и 1918 г. (а также их американская модификация M1918M1) имели чуть большую по сравнению с МЛ-20 дальность стрельбы, но были на 3,5 т тяжелее, менее мобильны и отличались большей настильностью траектории, поскольку их угол возвышения был ограничен 40-42°. Чешская гаубица К4 (у немцев называлась 15 cm s.F.H.37(t)) была легче на 2 тонны, но уступала в дальности стрельбы на 2 с лишним километра. Кроме того, эти орудия были малораспространёнными, так как их было выпущено всего 178 шт. Немцы неоднократно пытались создать орудие, близкое по характеристикам к МЛ-20, но потерпели неудачу. Гаубица 15 cm s.F.H.40 в массовое производство не пошла по причине ряда конструктивных недостатков; другой образец, 15 сm s.F.H.42, имел максимальную дальность стрельбы 15100 м, и был выпущен в количестве 46 шт. В 1943 и 1944 вермахт объявлял конкурсы на создание новой 15-см гаубицы с дальностью стрельбы 18 км, но создать подходящий для серийного производства образец немецким конструкторам так и не удалось. Английская средняя полевая 5,5-дюймовая (калибр 140 мм) пушка, запущенная в производство в 1941 году, по своей дальности стрельбы в 14 км имела лишь небольшое преимущество над 15 cm s.F.H.18 и уступала МЛ-20 как по этому показателю, так и по возможностям манёвра огнём.
Тяжёлая САУ «Фердинанд», выведенная из строя огнём МЛ-20 и СУ-152МЛ-20 имела огромный ассортимент боеприпасов, позволяющих ей решать самые разнообразные задачи. Помимо типичных для артсистем подобного типа целей типа войсковых колонн, штабов, складов, артиллерийских позиций, МЛ-20 успешно привлекалась для разрушения долговременных огневых сооружений, в том числе и бетонных, причём в ряде случаев прямой наводкой. Очень эффективным было использование данных орудий в городских боях. Отдельно нужно отметить использование МЛ-20 в противотанковых целях. Конечно, использование орудия такого класса против танков следует рассматривать как самую крайнюю меру, поскольку для таких целей МЛ-20 имеет слишком большие размеры (соответственно, легко обнаруживается и поражается), высокую стоимость и малую скорость наводки. В то же время в ряде случаев, например, в Курской битве, при неэффективности штатных противотанковых средств против новых тяжелобронированных танков противника, МЛ-20 привлекалась для противотанковой борьбы. Бронебойный и бетонобойный снаряды МЛ-20 легко поражали все средние танки вермахта при стрельбе в любую проекцию, тяжелый «Тигр» также поражался при стрельбе на дальностях порядка километра и менее во все проекции, а при стрельбе в борт и дальше. САУ «Фердинанд» легко поражалась в борт. Танк «Пантера» без проблем поражался в борт на всех дистанциях, на близких — и в лоб (хотя была велика вероятность рикошета до появления тупоголовых снарядов). При попадании в танк осколочно-фугасного снаряда со средних танков срывало башню; в тяжёлых же от сотрясения её заклинивало (причём существовала значительная вероятность разрушения конструктивных элементов погона и смещения башни от оси вращения), выходило из строя вооружение, приборы наблюдения, экипаж получал травмы.
Из недостатков МЛ-20 можно отметить большую массу и ограниченную скорость возки, что было обусловлено консервативной конструкцией лафета. Как показал опыт МЛ-15, орудие могло быть сконструировано более лёгким и подвижным. Для транспортировки орудия требовался достаточно мощный тягач, число которых во время Великой Отечественной войны было относительно невелико. Этот же недостаток был отмечен и финскими артиллеристами (см. раздел МЛ-20 за рубежом). Недостаточно высокая подвижность привела к выводу орудия из корпусной артиллерии на более высокие по иерархии организационные уровни — в армейскую артиллерию или в артиллерию РВГК. Относительным недостатком можно считать использование в конструкции МЛ-20 дульного тормоза. Его наличие вызывало демаскировку орудия при стрельбе, так как истекающие из дула после вылета снаряда пороховые газы меняли направление движения после прохождения через дульный тормоз и поднимали клубы пыли с поверхности земли. Это обстоятельство было особенно существенно при стрельбе под небольшими углами возвышения, для борьбы с этим нежелательным явлением иногда применялось смачивание подстилающей поверхности водой. С другой стороны, использование дульного тормоза в то время уже стало обычной практикой для орудий подобного класса.
По мнению некоторых офицеров Советской Армии, ещё заставших МЛ-20 на активной службе незадолго до её снятия с вооружения, МЛ-20 по совокупности характеристик — надёжности, нетребовательности к техническому обслуживанию, сравнительной простоте конструкции намного превосходит современные орудия калибра 152 мм. При отсутствии разгара стволов сравнима и точность стрельбы, но МЛ-20 уступает им в дальнобойности. Эти обстоятельства позволили так долго продержаться ей на вооружении, однако к началу 1970-ых гг. многие МЛ-20 физически выработали свой ресурс и были списаны по недопустимому разгару стволов. Они были замещены более современными артиллерийскими системами, например 152-мм пушкой 2А46. Однако у артиллеристов старшего поколения имеется ностальгия и тёплые воспоминания по МЛ-20.