01号机车在哈尔滨铁路局管内进行了冬季抗寒试验，在伊图里河、漠河等地顺利完成了最低气温达零下摄氏40度的低温实验；机车完成抗寒试验后返回大连。2009年8月，HXN3型0001号机车赴兰州铁路局管内兰新铁路打柴沟至武威南间进行冷却能力试验，并在打柴沟、敦煌站内进行了海拔功率考核。
运用.2009年3月，HXN3型机车开始批量配属沈阳铁路局通辽机务段，担当通霍铁路、大郑铁路、平齐铁路等干线的煤炭重载列车牵引任务，单机牵引10,000吨，一台HXN3型机车足以代替两台东风4C型机车。2