Durante il decennio i nuovi carri furono testati in mare aperto, nella speranza di poterli impiegare durante sbarchi: le prove furono però deludenti, dato che i T-37A erano stati concepiti per navigare in acque interne. Il battesimo del fuoco avvenne con la guerra d'inverno, l'aggressione sovietica alla Finlandia che oppose una resistenza formidabile, aiutata dalle carenze operative dell'attaccante, dal clima rigido e dalla difficile conformazione del territorio di frontiera. I piccoli mezzi anfibi, che per l'occasione erano stati ridipinti con uno schema mimetico a chiazze bianche irregolari, si dimostrarono assai vulnerabili. La sottile corazzatura li proteggeva solo dai proiettili delle armi portatili e dalle schegge di granata e il comandante, oberato di compiti, non riusciva a operare al meglio la mitragliatrice leggera Degtjarëv DT da 7,62 mm, oltretutto inutile sulla lunga distanza oppure contro altri mezzi blindati. Il motore GAZ, a benzina, tendeva a incendiarsi se colpito, con conseguente esplosione dei serbatoi. I T-37A furono dunque distrutti in gran numero, ma l'Armata Rossa li tenne per il momento in servizio. Furono infatti dispiegati durante l'occupazione della Bessarabia e della Bucovina, avvenuta nell'estate 1940 ma senza alcuna opposizione da parte della Romania. Il 22 giugno 1941 scattò l'operazione Barbarossa e l'andamento delle operazioni si fece subito drammatico per i sovietici. Al seguito dei numerosi corpi meccanizzati, i T-37A parteciparono a centinaia alle battaglie contro l'Esercito tedesco e confermarono tutti i loro difetti, venendo spazzati via: raramente furono utilizzati nel ruolo prescritto.