Боевая масса БА-3 с экипажем из 4 человек составляла 5820 кг, 40-сильный двигатель «Форд» позволял броневику разгоняться до 60 км/ч на прямой передаче и до 70 км/ч с демультипликатором на пониженной.
Осенью 1934 года, после заводской обкатки и устранения выявленных недостатков БА-3 производство бронемашин началось на Ижорском заводе — до конца года было изготовлено 10 машин (7 в октябре и 3 в ноябре). Попытки наладить сборку БА-3 на заводе ДРО не увенчались успехом из-за большого объема заказов на легкие бронеавтомобили. Поэтому с 1934 года Выкса полностью переключилась на изготовление ФАИ, а затем и БА-20, а Ижорский завод стал головным (и единственным) предприятием по выпуску средних бронемашин.
В это же время произошли изменения и в структуре Ижорского завода. Спецотдел, до этого занимавшийся всей оборонной продукцией завода, ликвидировали, создав вместо него два конструкторских бюро — КБ по спецпроизводству и КБ по модернизации. Первое, начальником которого стал Померанцев, занималось вопросами серийного производства бронеавтомобилей, бронекорпусов и другой продукции завода. Второе, под руководством инженера Ильичева, занималось опытными работами, в том числе и проектированием новых типов бронеавтомобилей. Оба КБ подчинялись директору завода по спецпроизводству. Но так как коллективы КБМ и КБ С были довольно малочисленны, они работали довольно в тесном контакте, помогая друг другу по мере сил.
В июне 1934 года, уже в ходе серийного производства, опытный экземпляр БА-3 (с корпусом из неброневой стали) испытывался на НИБТ полигоне, пройдя 400 км по шоссе и 190 км по проселку. В отчете об испытаниях отмечался удобный доступ к двигателю, коробке перемены передач, демультипликатору и другим агрегатам, требующим периодического осмотра, удобное размещение экипажа и мягкий ход машины. Бронеавтомобиль без труда преодолел подъем в 24 градуса, крен в 30 градусов, брод глубиной до 0,6 м и 0,4 м вертикальную стенку, в целом «не уступая по проходимости грузовому „Форд-Тимкен“». Запас хода по горючему составлял 218 км по шоссе и 134 км по проселку.
В то же время наблюдение за дорогой при закрытых люках оставляло желать лучшего — скорость движения при этом не превышала 15–20 км/ч. Вращение маховика поворотного механизма башни требовало больших усилий, с трудом открывались и закрывались заслонки смотровых щелей. Вызывала нарекания система охлаждения двигателя и крепление бронекорпуса к шасси: «При движении по грязному проселку на максимальных оборотах в дождливую погоду при температуре окружающего воздуха 12 градусов температура при открытых жалюзи доходила до кипения через 3–5 км, при движении по шоссе при закрытых жалюзи при температуре наружного воздуха 20–23 градуса через 6–7 минут вода в радиаторе достигает точки кипения.
Застрявший в речушке бронеавтомобиль БА-6. Лето 1935 года. На заднем плане виден второй БА-6 (РГВА).
Сильно шумит бронекорпус — необходимо соединения корпуса с полом и лонжеронами делать на резиновых прокладках. Температура в бронекорпусе при закрытых люках достигает 45–50 градусов при температуре снаружи 25 градусов через 10–15 минут движения. Охлаждение двигателя для данного типа бронеавтомобиля недостаточно». Тем не менее, представители НИБТ полигона в своем заключении положительно отзывались о БА-3, рекомендуя улучшить «наблюдение за дорогой при закрытых люках и систему охлаждения двигателя».
Бронеавтомобиль БА-6 завяз при преодолении брода через речушку. Лето 1935 года (РГВА).
В начале 1934 года при сборке в серийных БА-3 выяснилось, что бронекорпуса многих из них имели большое количество трещин из-за плохого качества сварных швов. Такие корпуса принимались по специальному разрешению представителя военной приемки УММ РККА на Ижорском заводе, при этом на трещины ставили специальные ограничители. Вплоть до прекращения производства в начале 1936 года Ижорский завод изготовил 168 БА-3, кроме того, 4 машины собрал завод ДРО.
Бронеавтомобиль БА-3 послужил базой для проведения ряда опытных работ. Так, в 1935 году на одной машине в опытном порядке установили радиостанцию 71-ТК-1 с поручневой антенной на башне. Рация размещалась в кормовой нише, при этом укладки для снарядов пришлось демонтировать.
В сентябре 1936 года один БА-3 вооружили 12,7-мм пулеметом ДК («Дегтярев крупнокалиберный»), установленным в башне вместо 45-мм пушки. С 16 по 21 ноября эта машина испытывалась на научно-испытательном оружейном полигоне.