Primele avioane BA-64 produse au fost trimise pe frontul Don în 1942. Cu toate acestea, cantități mai mari au fost operate de unitățile sovietice de pe Frontul Voronezh și Frontul Bryansk de la mijlocul până la sfârșitul anului 1943. BA-64 au participat, de asemenea, la fazele finale ale bătăliei de la Stalingrad. În timpul marșurilor pe drumuri lungi, echipajele sovietice le-au dotat cu roți de rulare standard pentru a economisi combustibil. BA-64B au fost desfășurate în timpul ofensivelor sovietice în Austria, Germania, Ungaria și România, având loc lupte extinse în timpul celei de-a doua bătălii de la Kiev
şi bătălia de la Berlin. Optzeci și unu de BA-64B au fost, de asemenea, donate de sovietici Armatei Poporului Polonez și zece pentru Corpul 1 Armată Cehoslovacă. BA-64B-urile cehoslovace au fost folosite în ofensiva de la Praga din 1945.