Подробных данных о боевом использовании ХТЗ-16 немного. Производимые бронетракторы поступали на вооружение противотанковых подразделений воинских частей, формируемых в Харьковском военном округе.
Так, в противотанковую роту 14-й танковой бригады поступило восемь бронетракторов ХТЗ-16, только что сошедших с конвейера.
Еще около полутора десятков бронетракторов ХТЗ-16 в составе отдельного дивизиона принимали участие в обороне Полтавы в конце сентября 1941 года.
Бои здесь отличались особой ожесточенностью и быстротечностью. Полтаву и Кременчуг защищали в основном отряды ополчения, отступившие же кадровые воинские части были уже обескровлены. В итоге и ополченцы, и поддерживающие их бронетракторы не смогли эффективно бороться против наступающих моторизованных подразделений Вермахта. Бронетракторы были быстро потеряны, а ополченцы практически полностью полегли в жестоких, но безнадежных боях.
Но своей смертью они выиграли время для организации более-менее серьезной обороны Харькова и эвакуации промышленных предприятий Юго-Востока Советской Украины.
В середине октября в составе Харьковского гарнизона был сформирован отдельный бронетанковый, или, как его иначе называли, — противотанковый отряд. Он состоял из сорока семи единиц бронетанковой техники устаревших типов. В основном это были легкие танки Т-26 и Т-27, но в его составе было еще четыре пятибашенных тяжелых танка Т-35, как раз таких, на которых Николай Горелов начинал войну. В составе противотанкового истребительного отряда было и тринадцать бронетракторов ХТЗ-16. В уличных боях все машины противотанкового отряда были либо уничтожены, либо брошены при отступлении.
После взятия гитлеровцами Харькова десять машин в составе 133-й танковой бригады приняли участие в обороне Москвы.
Основными недостатками ХТЗ-16, как и всех бронетракторов, были низкая скорость, высокий силуэт, слабое бронирование, плохая обзорность в ходе боя и неподвижная пушка.
Другой образец импровизированной бронетехники применялся более эффективно, в том числе — и в битве за Москву. Речь идет о легкой противотанковой самоходке открытого типа ЗИС-30. Базой для нее стал артиллерийский тягач Т-20 «Комсомолец». В его кормовой части была установлена 57-миллиметровая противотанковая пушка ЗИС-2 со штатным щитом.
Двигатель также находился в кормовой части самоходки, а в носовой располагались трансмиссия и органы управления. В лобовом листе корпуса также располагался в шаровой установке 7,62-мм пулемет ДТ.
Для большей устойчивости при стрельбе машина оборудовалась откидными сошниками. На крыше кабины устанавливался кронштейн крепления пушки по-походному. В остальном же базовая конструкция «Комсомольца» осталась без изменений.
Другой вариант мобильной противотанковой пушки, получившей название ЗИС-31, представлял собой ту же 76-миллиметровую пушку ЗИС-2, но установленную на бронированном трехосном грузовике ГАЗ-ААА.
В июле-августе были произведены испытания обоих вариантов, в ходе которых выяснилось, что ЗИС-31 обладает при стрельбе большей кучностью, чем ЗИС-30, потому что установка на грузовике получилась более устойчивой.
Однако гусеничная самоходка ЗИС-30 обладала более высокой проходимостью, чем ее колесный конкурент. Именно это обстоятельство и сыграло решающую роль в принятии на вооружение РККА самоходки ЗИС-30. Московский завод № 52 должен был начать серийный выпуск ЗИС-30 с 1 сентября 1941 года.
Однако в связи с тем, что единственным производителем Т-20 был Московский завод № 37, который с августа прекратил выпуск тягачей и переключился на выпуск танков, «Комсомольцы» пришлось собирать по воинским частям. А кроме установки орудия еще и ремонтировать машины, зачастую доставленные на завод с передовой.
В результате производство ЗИС-30 началось только с 21 сентября и продолжалось до 15 октября 1941 года. За этот период завод изготовил около ста машин с пушкой ЗИС-2 и еще одну установку с 45-миллиметровым орудием. Дальнейшее производство установок, в связи с отсутствием «Комсомольцев», было остановлено и никогда более не возобновлялось.
Противотанковые самоходки ЗИС-30 начали поступать в войска в конце сентября 1941 года. Ими были укомплектованы противотанковые батареи двадцати танковых бригад Западного и Юго-Западного фронтов. В первых же боях «57-мм пушка ПТО», а именно так называли эту самоходку, зарекомендовала себя очень хорошо. Противотанковая 57-миллиметровая пушка ЗИС-2 пробивала броню всех типов бронетехники Вермахта. А подвижность установки давала возможность быстро менять огневую позицию. Импровизированные самоходки действовали в основном из засад, и немецкие танки, в особенности легкие — Pz.Kpfw.II и Pz.Kpfw.38(t), — были абсолютно беззащитны перед ними.