Первые ФД направлялись в депо Красный Лиман Южных железных дорог (после их разделения — Северо-Донецкой дороги), которое таким образом стало опытно-экспериментальной базой по накапливанию опыта интенсивной эксплуатации паровозов этой серии. Также в это депо для работы в качестве машинистов-испытателей были направлены машинисты Луганского завода. В 1934 году XVII съезд ВКП(б) объявляет ФД основным грузовым паровозом, что должно было послужить основанием для более широкого распространения «Феликсов Дзержинских». Однако этому препятствовало крайне неудовлетворительное техническое состояние большинства советских железных дорог. На это указывают, например, данные из годового отчёта Госплана СССР за 1931 год, в котором указано, что рельсы типа Іа (43,5 кг/пог. м) были уложены лишь на 2,1 % протяжённости главных путей, тогда как на 83 % были уложены рельсы типа IIIа (33,5 кг/пог. м) или даже более лёгкие. Количество шпал на 1 км пути составляло около 1440 шт, при этом более 13 % из них были прогнившими, а в качестве балласта использовался мелкозернистый песчаник, который относительно легко выветривался. Всё это значительно ограничивало возможность эксплуатации нового мощного паровоза и не давало поднять технические скорости поездов. Фактически паровоз ФД опережал технические возможности советских железных дорог того времени. Помимо прочего, большинство депо на то время не имели возможности по размещению таких длинных паровозов (длина ФД с 6-осным тендером достигала 29 метров).