3 marca 1942 nowy samochód pancerny został przyjęty do uzbrojenia Armii Czerwonej. Pierwsze pojazdy dotarły do oddziałów latem 1942 roku. Zostały one użyte w walkach na Froncie Briańskim i Woroneskim, a później pod Stalingradem. Doświadczenia z tych działań spowodowały modernizację samochodu. Powiększono rozstaw kół, zastosowano hydrauliczne tłumiki drgań w przednim moście. Zastosowano, we wszystkich kołach, ogumienie typu GK. Umożliwiało ono jazdę po przestrzeleniu opony. Tak zmodernizowane pojazdy znalazły się w produkcji późną jesienią 1942. Nosiły oznaczenie BA-64B. Od wiosny 1943 roku produkowano wyłącznie nowy model. Podobne zmiany konstrukcyjne zastosowano w samochodzie GAZ-64. W ich wyniku zmieniono jego nazwę na GAZ-67. Ogółem w latach 1942–1946 zbudowano 3901 egzemplarzy BA-64, oraz 5209 egzemplarzy BA-64B. Produkcję części zamiennych kontynuowano do 1953 roku.
Odmiany pojazdu BA-64z (znany też jako BA-64BSCH) – odmiana przeznaczona do jazdy po głębokim śniegu. Skonstruowany w styczniu 1943 przez inż. S. S. Strojena. Przednie koła zastąpiono nartami. Zamiast tylnych, zastosowano lekki mechanizm gąsienicowy SCH z gąsienicami metalowo-gumowymi.