机车于1961年配属十月铁路局坎达拉克沙机务段投入使用，每组双节重联的2TE10型机车可以替代一组三节重联的3TE3型机车，由于机车各部件工作稳定可靠，减少了机车运用维护成本，使2TE10型机车十分受到运用部门和乘务人员的欢迎。而其余13台机车被配属南方铁路局使用；至1964年，原配属十月铁路局的首5台机车也集中配属到南方铁路局。2TE10型机车在1980年代开始陆续停用报废。
2TE10L.1961年10月，位于乌克兰的卢甘斯克机车制造厂（1970年后改称伏罗希洛夫格勒内燃机车制