，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。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