Боевое крещение химических танков состоялось в ходе боев с японцами у озера Хасан в августе 1938 года. Здесь в ходе пограничного японо-советского конфликта в составе 2-й механизированной бригады Красной Армии действовало 2 ХТ-26. Эти танки принимали участие в боях по штурму высоты Заозерная, однако действовали без особого успеха — местность была не очень удачной для использования танков, а крутые склоны Заозерной затрудняли подход ХТ-26 к японским позициям на дистанцию выстрела. В ходе этих боев был потерян 1 ХТ-26.
Через год химические танки снова вступили в бой против японцев, поддерживая части советско-монгольских войск в боях у реки Халхин-Гол. На этот раз их действия были более активными.
К началу конфликта (май 1939 года) в составе 11-й танковой бригады 57-го Особого корпуса Красной Армии, расквартированного в Монгольской Народной Республике, имелось две роты ХТ-26 — 10 танков. Предполагалось использовать эти танки только на огнеметание, поэтому на складах имелось 7 заправок огнесмеси на каждый ХТ-26.
Первый бой на Халхин-Голе ХТ-26 провели 27–28 мая в ходе разгрома японо-манчжурского отряда под командованием полковника Ямагато. В ходе боя 28 мая благодаря действию ХТ-26 был полностью разгромлен зашедший в тыл наших частей японский разведывательный отряд подполковника Азума численностью 220 человек.
5 июля 1939 года в ходе боев в районе горы Баин-Цаган, 2-й батальон 11-й танковой бригады получил приказ — не допустить прорыва противника к переправе через Халхин-Гол. В ходе атаки 15 БТ-5 и 5 ХТ-26 продвижение японцев было остановлено, но при этом сгорело 7 БТ-5 и 5 ХТ-26. О гибели одного из ХТ-26 сохранилось свидетельство одного из японских солдат 71-го пехотного полка: «Один танк подошел к японским окопам и почему-то застрял. Сначала он стрелял из огнемета, потом из пулемета и пистолета. Сержант Ассакура хотел уничтожить его. Он подошел сзади, положил на танк 2-х килограммовый заряд взрывчатки и побежал от взрыва. Все вокруг аплодировали, так как это было похоже на сцену из некоторых средневековых японских сражений. Однако пулеметной очередью с танка Ассакура был убит. Солдаты были в ярости, они окружили этот танк, предлагая экипажу сдаться. Ответа не последовало, тогда под днище танка заложили взрывчатку и подорвали ее. В результате был поврежден передний люк, чрез который сержант Хигаки вытащил за ворот молодого русского танкиста (второй погиб), которого тут же закололи штыками».
