Phương tiện này đã được xuất khẩu cho phe Cộng hòa Tây Ban Nha trong Nội chiến Tây Ban Nha, mặc dù phần lớn những chiếc BA-20 được chế tạo đều phục vụ cho Hồng quân Liên Xô. Lần đầu tiên chúng tham chiến là trong cuộc xung đột với Nhật Bản vào năm 1939 trên sông Khalkin Gol ở Mông Cổ (xem "Trận Khalkin Gol"). BA-20 được Hồng quân sử dụng trong cuộc xâm lược của Liên Xô vào Ba Lan sau đó vào năm 1939 và Chiến tranh mùa đông chống lại Phần Lan từ năm 1939–40, trong đó Phần Lan bắt được 18 chiếc được gọi là PA-6, cũng như giai đoạn đầu của Chiến dịch Barbarossa năm 1941. Việc sản xuất kết thúc cùng năm đó, với khoảng 4.800 chiếc BA-20 đã được chế tạo. Một số có súng phun lửa thay vì DP-28