机务段也开始配属HXN5型机车，由丰台机务段支配运用，担当京原铁路丰台西至原平间的货物列车牵引任务，与太原铁路局太原机务段灵丘运用车间实行跨局轮乘。2012年9月，西安铁路局新丰镇机务段开始配属HXN5型机车共60台，投入侯西铁路运用，担当新丰镇、蒲城至韩城间的货物列车牵引任务。而由2017年10月起，吉林机务段的本型机车，亦开始牵引长春至德国的中欧班列。
改进.根据铁道部的要求，南车戚墅堰机车公司在首批HXN5型机车的基础上，开展了“HXN5型内燃机车双司机室及动力学性能优化研究