Боевое крещение танки БТ получили в Испании. 24 июля 1937 года из Севастополя вышел испанский пароход «Kabo San-Augustin» с 50 танками БТ-5 и советскими танкистами-добровольцами. Танки поступили с завода № 48, где прошли капитальный ремонт, а танкисты прибыли в основном из частей 5-го механизированного корпуса имени К. Б. Калиновского. После разгрузки в Картахене из прибывших танков был сформирован отдельный Интернациональный танковый полк Республиканской армии. Его командиром стал С. И. Кондратьев. В первый крупный бой полк вступил под Сарагосой 13 октября 1937 года.
Танкисты совместно с 15-й интернациональной бригадой атаковали сильно укреплённый посёлок Фуэнтес де Эбро. В ходе упорного двухчасового боя республиканцы потеряли 16 танков.
Другой важной операцией с участием БТ-5 стал штурм города-крепости Теруэль в декабре 1937 — феврале 1938 года. За время затянувшегося штурма из строя танкового полка выбыли ещё 15 боевых машин. В марте 1938-го после отзыва советских добровольцев и военных советников полк был расформирован, а оставшиеся в строю БТ-5 вошли в состав Бронетанковой бригады Республиканской армии. Небольшое количество трофейных машин использовалось войсками генерала Франко.
Вопреки отдельным сообщениям отечественной и зарубежной печати ни БТ-2, ни БТ-5 в ходе вооружённого конфликта у озера Хасан летом 1938 года в боях не участвовали. А вот годом позже они снова пошли в сражение уже в монгольских степях.
Танки 45-го механизированного корпуса на Киевских манёврах. 1935 год.
В мае 1939 года части 23-й японской пехотной дивизии (позже с частями усиления развёрнутой в 6-ю армию), сбив монгольские пограничные заставы, начали продвижение в глубь территории Монгольской Народной Республики (МНР) в направлении реки Халхин-Гол. По договору от 12 марта 1936 года Советский Союз обязался защищать территорию МНР от всякой внешней агрессии так, как защищал бы свою собственную территорию. С этой целью в Монголии дислоцировались войска 57-го особого корпуса Красной Армии, однако в районе вспыхнувших боевых действий их было крайне мало. Достаточно сказать, что по восточному берегу Халхин-Гола занимали оборону полк монгольской кавалерии, один батальон советского стрелкового полка, спешно переброшенный сюда на автомашинах, несколько артиллерийских батарей и снятая со строительных работ рота сапёров. Больше ничем в этом районе советско-монгольское командование не располагало. Так началась первая фаза боевых действий, которые по географическим названиям в этих местах — сопки Номонхан-Бурд-Обо, озера Буир-Нур и реки Халхин-Гол — фигурируют в японской и западной печати как номонханские события, а в нашей — как вооружённый конфликт у озера Буир-Нур и реки Халхин-Гол. Вскоре 57-й корпус развернули в 1-ю армейскую группу, командиром которой был назначен комкор Г. К. Жуков.
В составе 1-й армейской группы имелись две танковые бригады: 11-я и 6-я. Первая была на две трети укомплектована танками БТ-5, и на её долю выпало участие в наиболее драматических событиях этого конфликта. Вот как они описаны в «Отчёте об использовании бронетанковых войск на р. Халхин-Гол»: «К 3.07. японцы, потеснив 6 кд МНРА, одним пехотным полком переправились через Халхин-Гол на нашем левом фланге, овладели районом горы Баин-Цаган. Вторым пехотным полком японцы с утра 3.07 начали переправу через Халхин-Гол в этом же районе. Японцы стремились движением на юг вдоль Халхин-Гола отрезать от центральной переправы и уничтожить наши части, находящиеся на восточном берегу.