Debut pertempuran T-26 terjadi dalam perang saudara Spanyol yang terjadi pada tahun 1936 -1939. Sebanyak 281 unit T-26 mod 1933 dikirim untuk memperkuat pasukan Repubik menghadapi pasukan Nasionalis. Tank ini terbukti jauh lebih unggul daripada Panzer I buatan Jerman dan tanket C-33 buatan Italia yang saat itu digunakan oleh pasukan Nasionalis.Selain perang saudara Spanyol, tank T-26 juga digunakan dalam konflik perbatasan antara Jepang dengan Uni Soviet di Manchuria pada tahun 1938. Dalam konflik bersenjata ini ternyata T-26 sangat rentan terhadap serangan pasukan infanteri Jepang. Tidak sedikit T-26 yang berhasil dilumpuhkan pasukan infanteri Jepang dengan menggunakan granat dan bom molotov. Tank ini juga banyak yang berhasil dilumpuhkan oleh tank Type 95 milik Jepang yang dipersenjatai dengan meriam kaliber 37mm.Ketika pecah Perang Dunia II, T-26 digunakan oleh Uni Soviet untuk menyerbu Polanda pada bulan September 1939 dan Finlandia pada bulan Desember 1939. Ketika Jerman melancarkan Operasi Barbarossa pada bulan Juni 1941, Rusia masih memiliki sekitar 10.000 unit tank T-26 dalam berbagai varian. Tank ini masih mampu mengimbangi tank ringan milik Jerman seperti Panzer I dan Panzer II, namun mengalami kesulitan jika harus menghadapi Panzer III dan Panzer IV. Karena lapisan bajanya yang tipis, tidak sedikit pula T-26 yang hancur karena tembakan artileri dan serangan udara Jerman. Seiring dengan semakin sengitnya pertempuran Perang Dunia II, Jerman pun mulai mengurangi jumlah Panzer I dan Panzer II mereka serta menggantinya dengan Panzer III, Panzer IV, dan kemudian Panzer V Panther. Rusia pun mulai menarik T-26 mereka dan menggantinya dan medium tank T-34. Namun T-26 masih terus digunakan dalam Pertempuran Moskwa tahun 1941 dan Pertempuran Stalingrad tahun 1942. Tank ini masih terus digunakan hingga Perang Dunia II berakhir dan terakhir kali digunakan oleh Rusia saat menyerbu pasukan Jepang di Manchuria pada tahun 1945.