Terminati i collaudi e immesse nel [[Lista dei rotabiliRotabili italiani|parco FS]], le E.330 prestarono servizio dapprima sulle citate linee della Valtellina e sulla linea tirrenica ligure al traino di treni diretti e direttissimi. Dopo l'arrivo di nuovi gruppi come l'[[Locomotiva FS E.431|E.431]] esse vennero assegnate ai treni accelerati e diretti. Vennero poi concentrate in Lombardia e vi rimasero fino alla trasformazione delle linee nel [[Trazione ferroviaria|sistema a corrente continua]]. Nel 1952 le 13 unità superstiti furono assegnate al deposito di Alessandria, dove rimasero fino alla radiazione per trainare treni accelerati e diretti, anche periodici estivi, sulle linee Torino-Alessandria-Voghera e Voghera-Alessandria-Savona (provenienti da Milano Porta Genova)<ref>{{Cita|Olivero, ''E 330''|nº 201, pp. 28-29|Olivero nº 201}}.</ref><ref>Tra i servizi espletati nel dopoguerra va citato quello del treno merci derrate MM2 da [[Bologna Ravone]] a [[Bussoleno]], che da [[Voghera]] a [[Torino]] era trainato dalle E.330. cf {{Cita pubblicazione|nome=Angelo|cognome=Nascimbene|nome2=Aldo|cognome2=Riccardi|titolo=Diario di viaggio in TE|rivista=Ferrovie italiane anni '50 – Tutto treno tema|numero=9|capitolo=Seconda parte: trazione elettrica|città=Albignasego|editore=Duegi|anno=1995|p=179}}</ref>. Sporadicamente, fino all'agosto [[1962]], arrivarono fino a [[Stazione di Genova Piazza Principe|Genova Piazza Principe]].<ref>{{Cita pubblicazione | titolo= Trent'anni fa, il trifase |anno= 2006 |rivista= I treni |volume= 27 |numero= 281 |p= 31 }}</ref><ref>"Le principali direttrici (Torino-Alessandria-Genova, Torino-Savona oltre alle linee di valico come Frejus e [[Brennero]]) non erano ancora state convertite alla corrente continua, e le locomotive per treni passeggeri erano sfruttate al massimo. Le E330 non frequentarono mai la maggioranza di queste linee, ma le locomotive più moderne e potenti erano impegnate su una rete trifase ancora estesa e densa di servizi su linee a forte traffico; dunque le nostre 13 locomotive a fine carriera giocavano un ruolo ancora importante, risultando impegnate in maniera più gravosa delle meno anziane (seppur di poco) E 331 ed E 332, rispetto alle quali si dimostrarono sempre superiori." Cf {{Cita|Olivero, ''E 330''|nº 201, p. 31|Olivero nº 201}}.</ref>
