По сравнению с другими российскими и советскими паровозами, паровозы серии О чаще всего участвовали в боевых действиях. Когда в сентябре 1918 года началась унификация бронепоездного парка Красной армии и была принята единая конструкция бронепоездов, то в качестве локомотивов для них были приняты именно паровозы О. Это связано прежде всего с тем, что у более современных, на тот момент времени, паровозов серий Щ, С и Э нагрузка от оси на рельсы достигала 16 тс, что являлось предельной величиной для большинства железнодорожных путей того времени. С дополнительным весом броневой защиты паровоз становился ещё тяжелее и мог сломать рельсы. В отличие от них, паровозы серии О, имея осевую нагрузку около 12,5—13 тс, имели большой запас по бронированию. К тому же, эти паровозы имели меньшие размеры, а следовательно — менее уязвимы. Высокая надёжность и «всеядность» ещё больше повышали живучесть этих локомотивов.
Эти же данные оценили не только в России. Так, в 1919—1920 годах в Польше несколько трофейных паровозов серии О вошли в состав бронепоездов и принимали участие в советско-польской войне.
Паровозы О являлись основными локомотивами бронепоездов и во время Великой Отечественной войны.
