Czołgi T-37A weszły na uzbrojenie pancernych jednostek rozpoznawczych Armii Czerwonej. Były użyte w dużej liczbie podczas agresji na Polskę w 1939 roku oraz w Wojnie zimowej przeciw Finlandii. Pozostawały na uzbrojeniu Armii Czerwonej w chwili niemieckiego ataku na ZSRR w czerwcu 1941. Ze względu na słabe opancerzenie i uzbrojenie jego wartość bojowa podczas walk obronnych była niewielka. Duże ich ilości zostały utracone w walkach, bądź porzucone na trasie odwrotu Armii Czerwonej. Kilka czołgów walczyło aż do 1944 w składzie Frontu Karelskiego. Oprócz Armii Czerwonej zdobycznych czołgów T-37A używały armie: Finlandii (29 egz.), Rumunii (19 egz.), Węgier i Niemiec.