Ensimmäiset valmistetut BA-64:t lähetettiin Donin rintamalle vuonna 1942. Suurempia määriä oli kuitenkin käytössä Neuvostoliiton yksiköissä Voronezh- ja Bryansk-rintamalla vuoden 1943 puolivälistä loppuun. BA-64 osallistui myös Stalingradin taistelun viimeisiin vaiheisiin. Pitkissä maantiekäynneissä neuvostotyöryhmät varustelivat ne tavallisilla polkupyörillä polttoaineen säästämiseksi. BA-64B-koneita käytettiin Neuvostoliiton hyökkäyksissä Itävallassa, Saksassa, Unkarissa ja Romaniassa.
ja Berliinin taistelu. Neuvostoliitto lahjoitti myös 81 BA-64B:tä Puolan armeijalle ja kymmenen 1. Tšekkoslovakian armeijakorpusille. Tšekkoslovakian BA-64B:itä käytettiin Prahan hyökkäyksessä vuonna 1945.