В штатах мирного времени механизированной бригады 1938 года должно было быть 28 танков БТ-7А и 8 штук 122-мм СУ-5, а по военному времени их количество должно было составлять соответственно 34 БТ-7А и 8 СУ-5. Но из-за небольшого общего количества изготовленных СУ-5 и БТ-7А, они имелись лишь в нескольких мехбригадах, где порой использовались не по назначению. Есть упоминания о применении бронетехники огневой поддержки в боя с японцами на озере Хасанлетом 1938 года и во время боев на Халхин Голе в 1939 году. Документальные подтверждения о применении СУ-1-12 и СУ-5 в боях в районе высот Заозерная и Безымянная имеются, а вот о применении БТ-7А таких подтверждений не нашел.
Выпуск артиллерийских танков БТ-7А был неспешен, комплектация ими строевых частей сильно затянулась, до полного штата наверное так и не довели ни одной бригады. Например к 29 января 1938 года в составе 45-го механизированного корпуса насчитывалось 13 радийных и 11 линейных БТ-7А, предположив что они были распределены
распределили между двумя механизированными бригадами (133-й и 134-й), получаем что в каждой было по 12 танков, при штатной численности в 28 единиц соответственно.
К июлю 1938 года 27 артиллерийских танков находились в распоряжении Ленинградского военного округа (ЛВО) и ещё 3 отправили в Приволжский округ. Кроме того, к сентябрю 1939 года 17 БТ-7А числилось за Белорусским военным округом и 4 были в составе 2-й армии. Впоследствии, после начала формирования механизированных корпус нового состава, многие БТ-7А «кочевали» по округам, не раз меняя место службы.
Часть танков отправили также на Дальний Восток, где на 1 сентября 1940 года имелось 28 машин, входивших в состав 8-й и 31-й кавалерийских дивизий (по 4 единицы), а также в 48-й легкотанковой бригаде (16 единиц). Ещё четыре БТ-7А было придано другим подразделениям. Позднее, когда на основе 48-й лтбр было начало формирование 58-й танковой дивизии, в неё включили и БТ-7А, но в октябре 1941 года, при переформировании по июльским штатам, количество артиллерийских танков сократилось до 10. Дальнейшая их судьба неизвестна.
В процессе производства и эксплуатации некоторое количество БТ-7А переделали в «радийные» путем установки радиостанции 71ТК-3 с поручневой антенной на башне, при этом боекомплект уменьшался до 40 выстрелов и 2016 патронов. Всего армия получила дополнительно 11 «радийных» танков БТ-7А.