東方紅3型0009號機車於1976年末出廠，1977年4月配屬沈陽鐵路局沈陽機務段，投入沈山鐵路運用；至1994年轉配屬大連機務段，擔當大連至莊河、熊嶽城、旅順、城子坦等地的市郊旅客列車牽引任務；1999年又被調往大連機務段瓦房店分段，2001年11月根據鐵道部電報退役。退役後又被調往錦州東車輛段作段內調車機使用，至2003年停用報廢。2005年7月，遼寧壹位鐵路愛好者去信中國鐵道部反映這臺機車境況堪憂、面臨拆解，建議鐵道部有關部門對這兩臺機車給予妥善保護，並送交中國鐵道博物館收藏。經過鐵道部運輸局、中國鐵道博物館、沈陽鐵路局合作對機車進行整修後，於2006年12月被送入中國鐵道博物館機車車輛展廳保存展示。
東方紅3型0186號機車保存於沈陽鐵路機車陳列館。