赤軍においては1942年から部隊が編成され、同年5月の第二次ハリコフ攻防戦に始めて実戦投入された。M3中戦車はクルスクの戦いにも装備部隊が投入されており、この際に撮影された写真が著名である。1943年半ば以降には国産のT-34戦車の生産と配備が軌道に乗り始めて十分な数が前線に供給されるようになったことと、アメリカよりの供与品としてもより完成度の高い戦車であるM4"シャーマン"中戦車の引き渡しが開始されたため、以後は北方国境（コラ半島・カレリヤ地峡）・極東方面など主力戦線以外の配置部隊や訓練部隊に廻されたが、1945年時点でも装備する部隊は存在しており、1945年夏の時点でもザバイカル軍管区には少なくとも1両が配備されている、との記録が残されている。M3中戦車は同年8月の満州侵攻でも使用されたとする説もあるが、確証はなく、疑問が残る。