开始配属上海铁路局南京东机务段（125台）、武汉铁路局江岸机务段（115台）投入运用，成为中国铁路第六次大提速中干线货运重载、快捷运输的主型电力机车，主要担当京沪铁路南翔、南京东、徐州北、济南西间主要6000吨技术直达、直通列车的牵引任务、以及京广铁路江岸西（武汉北）至郑州北、孟宝铁路漯河至平顶山东间的6000吨货物列车牵引任务，部分机车更于2008年春运期间开始担当牵引旅客列车；首批240台机车于2008年初交付完毕。2008年2月18日，中国铁道部与大连机车车辆公司签订第三批HXD3型电力机车的销购