В составе стрелковых и кавалерийских частей Красной Армии (к тому времени в танковых бригадах западных военных округов танков-амфибий уже не было) Т-37А и Т-38 приняли участие в «освободительном походе» в Западную Украину и Белоруссию, в сентябре 1939 года.
К началу боевых действий с Финляндией, 30 ноября 1939 года в частях Ленинградского военного округа насчитывалось 435 Т-37 и Т-38, которые довольно активно участвовали в боях. Так, например, 11 декабря на Карельский перешеек прибыл 18 отб в составе 54 единиц Т-38. Батальон был придан 136 сд, танки использовались в качестве передвижных огневых точек на флангах и в промежутках между боевыми порядками атакующих пехотных подразделений. Кроме того, на танки Т-38 была возложена охрана командного пункта дивизии, а также вывоз с поля боя раненых и доставка боеприпасов.
В составе 70 сд действовал 361 тб (10 Т-26 и 20 Т-38). 2 декабря взвод Т-38 был послан в разведку к станции Ино. В ходе выполнения задачи наши танкисты встретили до батальона финской пехоты с артиллерией, пытавшейся зайти в тыл советским частям. Танки приняли ночной бой, длившийся до утра, и сорвали атаку противника. Артогнем было подбито три танка Т-38.
К началу войны танковые войска 9-й армии состояли из 177 орб 122 сд и орб 163 сд. В двух этих частях насчитывалось 29 танков Т-37 и два Т-38. Вначале они использовались, главным образом, для разведки, а затем были распределены между стрелковыми полками. За 15 дней боев почти все танки вышли из строя, подорвавшись на минах. Воевали Т-37 и Т-38 и на Мурманском направлении. Причем на второстепенных участках фронта для поддержки пехоты помимо этих танков применялись и танкетки Т-27, и даже полубронированные тягачи «Комсомолец».
Плавающие танки Т-38 во время учений. 1938 год
В целом же, в условиях специфического карельского театра военных действий и наличия у финских войск сильной противотанковой обороны маломощные, слабобронированные и легковооруженные плавающие танки показали себя неважно. Почти везде они несли высокие потери, часто выходили из строя по техническим причинам. В качестве трофеев финны захватили 29 танков Т-37 и 13 Т-38.
В ходе формирования в 1940—1941 годах механизированных корпусов, для укомплектования их материальной частью, использовалась и вся техника танковых батальонов стрелковых дивизий, в том числе и плавающие танки. По штату в механизированном корпусе должно было находиться 17 боевых машин этого типа. В действительности такое положение соблюдалось далеко не всегда. В некоторых корпусах плавающих танков не было совсем, а в 40 тд 22 мк КОВО, например, насчитывалось 19 легких танков Т-26 и 139 Т-37!
По состоянию на 1 июня 1941 года в Красной Армии имелось 1129 танков Т-38 и 2331 Т-37. В приграничных военных округах, включая ПВО, соответственно—468 и 1081 танк. Но далеко не все эти машины пребывали в боевой готовности. По своему техническому состоянию к 1 -й и 2-й категориям относились 292 Т-38 и 523 Т-37. Другими словами, только эти танки были технически исправны или, в крайнем случае, требовали мелкого ремонта. Основная их масса была потеряна в первый месяц Великой Отечественной, так и не вступив в бой с врагом. Причем, главным образом, танки бросили или подорвали свои же экипажи из-за поломок и неисправностей. Лишь в считанных случаях, при грамотном использовании, этим слабым машинам удавалось оказать эффективную поддержку нашей пехоте. Один такой эпизод описал в своих воспоминаниях офицер-танкист Г.Пенежко, командовавший в первые дни войны ротой плавающих танков Т-37, которые он вполне справедливо именует то «танкетками», то «малютками».
«Наша рота танкеток давит небывало урожайную пшеницу. Мы выходим на правый фланг дивизии. Жарко. Парит полуденное солнце. Далеко слева — Перемышль. Город в дыму. Видны только шпили костелов.
Моя „малютка“, во главе двух взводов танкеток, скребя днищем по кочкам лощины, резво несется к роще, по опушке которой только что подымались черные фонтаны.
Нам удалось опередить немцев и занять западную опушку рощи. Но не успел еще левофланговый взвод старшего сержанта Зубова заглушить моторы, как на гребень в четырехстах метрах от нас выскочила группа немецких мотоциклистов. Я подал сигнал „В атаку!“ Мой сигнал принят. На правом фланге взвод Зубова уже давит мотоциклы и теснит их ко мне. С ходу врезаюсь в группу мотоциклистов и поливаю ее пулеметными очередями. Верткие трехколесные машины рассыпаются во все стороны. Моя танкетка не может делать резких поворотов. Меня это злит, я ругаюсь и преследую противника по прямой на гребень; повторяю сигнал. Танкетки спешат ко мне, расстреливая на ходу не успевших скрыться за гребень мотоциклистов.