23-25 октября 1941 года за Харьков начались уличные бои. В этих боях все машины противотанкового отряда были либо уничтожены, либо брошены при отступлении. Десять машин в составе 133-й танковой бригады приняли участие в обороне Москвы. Последние ХТЗ-16 были потеряны в мае 1942 года при попытке освободить Харьков.