ソ連運輸通信省D2系気動車
導入当初の本系列は、イリインスク=ユージヌイ経由のユジノサハリンスク-ホルムスク間東西連絡列車用としてユジノサハリンスク機関区に配備された。のち運用区間はユジノサハリンスク-トマリ間に短縮された。経済混乱後の運用復帰を果たした2000年以降、2編成がホルムスク機関区に配転。また2004年以降の更新修繕工事開始に伴い編成の組み替えが行われたため、各車の編成番号と実際の編成組成は一致しなくなった。2011年には極東鉄道支社管内の動力車区再編に伴い、ユジノサハリンスク区、ホルムスク区所属の稼働中のД2系全車が大陸側のペルヴァヤ・レーチカ機関区所属に変更された。サハリン旅客企業への旅客列車運行事業移管(2012年)後も廃形式時まで車籍はロシア鉄道に置かれていた。
2014年時点での運用区間は以下の通りであった。ユジノサハリンスク車の担当は、導入当初から続く東西連絡運用のほかは、ユジノサハリンスクと支線を結ぶ運用が主運用となっており、アルセンチェフカ以北の運用はなかった。
東岸ルート 2kmピケット3(コルサコフ=ピャーチウグロフ)-ユジノサハリンスク(コルサコフ経由) ユジノサハリンスク-ノヴォデレヴェンスカヤ ユジノサハリンスク-ブイコフ(ソコル経由)
東西連絡ルート(イリインスク=ユージヌイ経由) ユジノサハリンスク-トマリ
西岸ルート(各区間運用を含む) トマリ-チェーホフ=サハリンスキー - ホルムスク=セヴェルヌイ - ニコライチュク - 77kmピケット9
2019年夏の改軌最終工事に伴う主要基幹線の全面運休で同年6月以降、狭軌車両の運行可能区間が大幅に縮小されることを受け、同年5月までに全車運用を離脱した。