兰州铁路局。其后，北京铁路局、南昌铁路局、昆明铁路局、唿和浩特铁路局和济南铁路局也陆续开始配属该型机车。在2014年7月1日的运行图调整中，京广、衡柳、柳南及京广、沪昆跨线机车交路贯通，和谐3D型电力机车开始执行超长交路。其中，北京西至昆明的T61/62次列车和T239/240次列车改用配属昆明机务段的HXD3D一机直达后即以3212公里的距离创下中国铁路机车单次运行里程之最，而南宁铁路局的4对进京普速列车（T5/6、T285/286、K21/22、K157/158）也由配属北京铁路局北京机务段的HXD