23—25 жовтня 1941 року в Харкові розпочалися вуличні бої. В цих боях усі машини протитанкового загону були або знищені, або кинуті при відступі. Десять машин у складі 133-ї танкової бригади взяли участь в обороні Москви. Останні ХТЗ-16 були втрачені в Харківській операції у травні 1942 року.