Xe bọc thép BA-3 được đưa vào phục vụ trong lực lượng trinh sát của các đơn vị xe tăng, kỵ binh và súng trường của Hồng quân. Chúng đã tham gia hầu hết các cuộc xung đột quân sự Liên Xô tham gia: trong nội chiến ở Tây Ban Nha (ba chiếc BA-3 đã được chuyển giao cho các lực lượng vũ trang của Cộng hòa Tây Ban Nha vào năm 1936), trong các trận chiến với quân đội Nhật Bản gần Hồ Hassan và bên sông Khalkhin-Gol, trong chiến dịch tấn công Ba Lan và chiến tranh Liên Xô-Phần Lan 1939-1940... Tổn thất không thể khôi phục trong các cuộc xung đột này lên tới 10 phương tiện: 8 chiếc BA-3 bị phá hủy trong các trận chiến tại Khalkhin Gol và 2 trong chiến tranh Liên Xô-Phần Lan. Năm 1936, Mông Cổ nhận 20 xe (15 xe nhập vào Sư đoàn kỵ binh 5, số còn lại được dùng làm huấn luyện), và năm 1934 - 35, 43 chiếc BA-3 được Thổ Nhĩ Kỳ mua. Chúng đã tham gia cuộc Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại  - tính đến ngày 1 tháng 6 năm 1941, có 143 xe bọc thép loại này trong biên chế quân đội.