Les livraisons des BB 66400 débutent en août 1968, peu avant la mise en service de la BB 66318, la dernière des BB 66000. Les dix premières locomotives sont affectées à Lens avant fin septembre: elles permettent de remplacer les dernières machines à vapeur encore en activité dans la zone lilloise, en particulier les 2-242 TA de Fives et les 2-040 D de Lille-Délivrance qui officient sur les lignes non électrifiées vers Baisieux, Orchies et Tourcoing. Parmi leurs attributions, elles remorquent les prestigieuses voitures Inox des Paris/Lille/Tourcoing sur la section terminale.
Une seconde dotation est créée à Chalindrey, avec 15 locomotives livrées entre août 1968 et mai 1969. Là encore, il s’agit d’éradiquer les dernières vapeurs qui circulent sur les lignes vosgiennes vers Bussang, Cornimont, Gérardmer, Epinal, Mirecourt, Remiremont, Saint-Dié,…