Бронеавтомобили БА-3 поступали на вооружение разведывательных подразделений танковых, кавалерийских и стрелковых соединений РККА. Они принимали участие почти во всех военных конфликтах тех лет, в которых принимала участие советская техника: в войне в Испании (три БА-3 были переданы вооружённым силам Испанской республики в 1936 г,), в боях с японскими войсками у озера Хасан и у реки Халхин-Гол, в польском освободительном походе и советско-финской войне 1939—1940 годов. Безвозвратные потери в этих конфликтах составили 10 машин: 8 БА-3 было уничтожено в боях на Халхин-Голе и 2 — в советско-финской войне. 20 машин получила в 1936 г Монголия (15 машин поступили в 5-ю кавалерийскую дивизию, остальные использовались как учебные), а в 1934 - 35 гг 43 БА-3 купила Турция. Принимали участие в Великой Отечественной войне — на 1 июня 1941 года в войсках числилось 143 бронеавтомобиля этого типа.