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。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