2010年9月，北京铁路局怀柔北机务段开始配属HXN3型机车，用于牵引京承铁路、京通铁路的货物列车。2012年1月，沈阳铁路局调整了货运机车配属和机车运用布局，HXN3型机车仍集中配属通辽机务段，但部分机车改由锦州机务段及苏家屯机务段支配运用，担当牵引锦承铁路、魏塔铁路、新义铁路、沈丹铁路、溪辽铁路等线的货物列车。2014年7月20日13时37分，随着一声风笛响起，沈阳铁路局6台和谐型内燃机车从沈阳机务段开车，驶向青藏高原。按照中国铁路总公司新线开通计划，拉日铁路即将开通运营，为做好高原适应性内燃机车实验，