На базе Т-26 выпускалось большое количество боевых машин специального назначения: огнеметные танки ХТ-26, ХТ-130 и ХТ-133, мостоукладчики СТ-26, телемеханические танки ТТ-26 и ТУ-26, самоходно-артиллерийские установки СУ-5-2, артиллерийские тягачи, бронетранспортеры и др.

Первым танковым соединением, получившим Т-26, была 1-я механизированная бригада имени К. Б. Калиновского (МВО). Машины, поступившие в войска до конца 1931 года, не имели вооружения и предназначались в основном для обучения. Более или менее нормальная их эксплуатация началась только в 1932 году. Тогда же был утвержден новый штат мехбригады, по которому в ее составе должно было быть 178 танков Т-26. По этому штату началось формирование и других механизированных бригад.

Изучение и обобщение опыта учений, проведенных в 1931–1932 годах, выявили необходимость создания еще более крупных соединений. После предварительной проработки этого вопроса Штаб РККА (так в те годы именовался Генеральный штаб) разработал организационно-штатную структуру механизированного корпуса. Их формирование началось с осени 1932 года в Московском, Украинском и Ленинградском военных округах. В корпус входили две мехбригады, одна из которых имела на вооружении танки Т-26, а другая — БТ. С 1935 года мехкорпуса стали вооружаться только танками БТ.

С момента поступления в войска Т-26 обр. 1933 года типовым в мехбригадах на какое-то время стал смешанный взвод, состоявший из одного однобашенного и двух двухбашенных танков. Однако по мере насыщения войск однобашенными танками двухбашенные машины в основном передали в учебно-боевые парки, а также в танкетные и танковые батальоны стрелковых дивизий. К началу 1935 года танковый батальон стрелковой дивизии состоял из трех танковых рот по 15 Т-26 в каждой.

Легкий танк Т-26 обр. 1938 г. с конической башней и наклонной броней подбашенной коробки

В августе 1938 года механизированные корпуса, бригады и полки были преобразованы в танковые. К концу 1938 года в Красной Армии имелось 17 легкотанковых бригад по 267 танков Т-26 в каждой и три химические танковые бригады, также укомплектованные химическими танками на базе Т-26.

Боевое крещение Т-26 получили в Испании. 18 июля 1936 года в этой стране начался мятеж против правительства республики, возглавленный генералом Франсиско Франко. Мятеж поддержана большая часть армии гражданской гвардии и полиции. Высадив Африканскую армию в континентальной Испании, в течение нескольких недель Франко захватил половину территории страны. Но в крупных промышленных центрах севера — Мадриде, Барселоне, Валенсии, Бильбао и других — мятеж не удался. В Испании началась гражданская война.

Уступая просьбе республиканского правительства, правительство СССР приняло решение продать испанцам военную технику и направить в Испанию военных советников, в том числе и танкистов.

26 сентября 1936 года в порт Картахена прибыла первая партия из 15 танков Т-26, которые предполагалось использовать для обучения испанских танкистов. Но обстановка осложнилась, и эти танки пошли на формирование танковой роты, командование над которой принял капитан РККА П. Арман. Уже 29 октября рота вступила в бой.

1 ноября нанесла удар по франкистам танковая группа полковника С. Кривошеина, в состав которой входили 23 Т-26 и девять бронеавтомобилей. При этом на части машин были испанские экипажи.

С начала декабря 1936 года в Испанию в массовом порядке начали прибывать танки Т-26 и другая военная техника, а также личный состав во главе с комбригом Д. Павловым. Командиры и механики-водители были кадровыми военными, направленными из лучших частей и соединений Красной Армии: механизированной бригады имени Володарского (г. Петергоф), 4-й механизированной бригады (г. Бобруйск), 1-го механизированного корпуса имени К. Б. Калиновского (г. Наро-Фоминск). На основе почти 100 единиц прибывшей техники и личного состава началось формирование 1-й Республиканской танковой бригады. Главным образом за счет советской помощи к лету 1938 года армия республиканцев располагала уже двумя бронетанковыми дивизиями.

Всего же до конца гражданской войны Советский Союз поставил республиканской Испании 297 танков Т-26 (поставлялись только однобашенные машины образца 1933 года). Эти машины принимали участие практически во всех боевых операциях, проводившихся армией республиканцев, и показали себя с хорошей стороны. Немецкие Pz.I и итальянские танкетки CV3/33, имевшие только пулеметное вооружение, были бессильны против Т-26. Последнее обстоятельство можно проиллюстрировать на следующем примере.

Во время боя у селения Эскивиас танк Т-26 Семена Осадчего таранил итальянскую танкетку CV3 и сбросил ее в ущелье. Вторая танкетка также была уничтожена, а две другие повреждены. Соотношение потерь иногда было еще большим. Так, в период сражения под Гвадалахарой за один день 10 марта взвод из двух Т-26 под командованием испанца Э. Феррера подбил 25 итальянских танкеток!

Следует, однако, подчеркнуть, что советским танкистам противостоял достойный противник. Пехота мятежников, особенно марокканская, неся большие потери от действий танков, не покидала окопов и не отходила. Марокканцы забрасывали боевые машины гранатами и бутылками с бензином, а когда их не было, солдаты противника с винтовками наперевес бросались прямо под танки, били прикладами по броне, хватались за гусеницы.

Боевые действия в Испании, продемонстрировавшие, с одной стороны, превосходство советских танков над немецкими и итальянскими в вооружении, с другой стороны, выявили и их основной недостаток — слабость бронирования. Даже лобовая броня Т-26 легко пробивалась немецкими и итальянскими противотанковыми пушками.

Первой боевой операцией Красной Армии, в которой участвовали танки Т-26, стал советско-японский вооруженный конфликт у озера Хасан в июле 1938 года. Для разгрома японской группировки советское командование привлекло 2-ю механизированную бригаду, а также 32-й и 40-й отдельные танковые батальоны. Советская танковая группировка насчитывала 257 танков Т-26, в том числе 10 ХТ-26, три мостоукладчика СТ-26, 81 БТ-7 (в разведбатальоне 2-й мехбригады) и 13 самоходных установок СУ-5-2.

Еще до начала боевых действий 2-я мехбригада понесла существенные потери. 27 июля, за три дня до выступления в район боев, арестовали ее командира комбрига А. П. Панфилова, начальника штаба, комиссара, командиров батальонов и ряда других подразделений. Всех их объявили врагами народа. В результате 99 % командного состава составляли вновь назначенные люди, что негативно сказалось на последующих действиях бригады. Так, например, из-за плохой организации движения колонн и спешки марш протяженностью всего в 45 км бригада прошла за 11 часов! При этом часть подразделений из-за полного незнания маршрута движения довольно долго блуждала по городу Ворошилов-Уссурийский.

При штурме занятых японцами сопок Богомольная и Заозерная наши танкисты натолкнулись на хорошо организованную противотанковую оборону. В результате было потеряно 85 танков Т-26, из них 9 — сожжены. После окончания боевых действий 39 танков были восстановлены силами воинских частей, а остальные ремонтировались в заводских условиях.