Il BA-20 si dimostrò un veicolo dalle eccellenti prestazioni fuoristrada e ben capace di gestire terreni paludosi o acquitrinosi: negli [[Anni 1930|anni trenta]] rappresentò l'autoblindo più diffuso e conosciuto nei ranghi dell'[[Armata Rossa]].<ref name="wwiivehicles.com"/> Il battesimo del fuoco del BA-20 avvenne durante la [[Battaglia di Nomonhan|battaglia di Nomonhan-Khalkhin Gol]] combattuta nella tarda estate del 1939 contro l'[[Dai-Nippon Teikoku Rikugun|esercito imperiale giapponese]], che venne alla fine respinto.<ref name="russati.su"/> Quasi in contemporanea altri esemplari presero parte all'invasione della [[Polonia]] orientale, lanciata in accordo con il [[Terzo Reich]] nell'ottica della spartizione delle sfere d'influenza in Europa. Il 30 novembre 1939 ebbe inizio la [[guerra d'inverno]], scatenata dall'[[URSS]] contro la [[Finlandia]] per risolvere con la forza complesse questioni di confine: alcune BA-20 furono catturate e diverse vennero distrutte dai finnici che sfruttarono la particolare morfologia del loro territorio.<ref name="wwiivehicles.com"/> L'autoblindo compose buona parte della forza corazzata che lo [[Stavka]] dispose in Ucraina occidentale e nei [[Paesi Baltici]], annessi nell'estate 1940. Nel giugno 1941 la Germania con alcuni Stati suoi alleati lanciò l'[[Operazione Barbarossa]] con l'obiettivo finale di smantellare l'Unione Sovietica; i feroci combattimenti e la ''[[Guerra lampo|Blitzkrieg]]'' provocarono la perdita di numerosi BA-20 oppure la loro cattura, destino cui non sfuggirono le aliquote di veicoli che dall'Estremo Oriente russo vennero ridislocati sul [[Fronte orientale (1941-1945)|fronte orientale]] tra giugno 1941 e i primi mesi del 1942.<ref name="russati.su"/>
Per gli [[Anni 1940|anni quaranta]] il progetto dell'autoblindo era ormai obsoleto e perciò nel 1942 fu sostituito dal [[BA-64]].<ref name="jaegerplatoon.net"/>
