Xe tăng T-64 (Object 432) được đưa vào biên chế tháng 12/1966, trong lịch sử phát triển, nó được xem là loại chiến xa bí mật nhất của Liên Xô.
Trong khi T-62 và T-72 được công bố tại cuộc duyệt binh ở Moskva chỉ 4 năm sau khi vào biên chế thì T-64 phải chờ đến 19 năm mới được diễu hành qua Quảng trường Đỏ.
Cái tên T-64 chỉ được nhắc đến trên báo chí Liên Xô vào năm 1986 và các đặc điểm của nó được tiết lộ 2 năm sau, khi việc sản xuất ở Kharkov đã chính thức ngừng lại.
Đến giữa thập niên 1960, T-64 thực sự là một thiết kế mang tính cách mạng. Nhiều giải pháp kỹ thuật vốn chỉ được thử nghiệm ở nước ngoài nay đã được đưa vào sản xuất hàng loạt.
Điển hình như lớp giáp composite có khả năng chịu được đạn pháo 105mm của NATO bắn từ cự ly hơn 500m. Khẩu pháo nòng trơn 115mm với cơ chế nạp đạn cơ giới đảm bảo tốc độ bắn 10 viên mỗi phút.
Bên cạnh đó là động cơ nhỏ gọn 700 mã lực cho phép chiếc xe tăng nặng 36 tấn tăng tốc lên đến 65 - 70km/h.
Năm 1967, đã có 200 xe tăng T-64 đã tham gia cuộc tập trận quy mô lớn trên sông Dnepr nhân kỷ niệm 50 năm Cách mạng Tháng Mười. Tuy nhiên, do giữ bí mật, không có thông tin nào được công bố về sự kiện này.
Tình báo phương Tây (đặc biệt là của Anh) chỉ biết đến sự tồn tại của T-64 vào năm 1971, sau cuộc tập trận Dvina vào tháng 3/1970. Hình ảnh về "những chiếc xe tăng không rõ nguồn gốc" bằng cách nào đó đã bị rò rỉ ra ngoài.
Do không xác định được tên gọi chính thức, mẫu xe tăng này được NATO đặt tên là M-1971. Các nhà phân tích chỉ ước tính chính xác cỡ nòng pháo, nhưng sau đó họ lại mắc hàng loạt sai lầm.
Ví dụ trọng lượng dự báo ở mức 39 - 40 tấn, phóng đại chiều cao lên 2,5m, trong khi thực tế là 2,1m. Kíp lái của T-64 được cho là vẫn gồm 4 người do NATO không nhận thấy nhu cầu về binh sĩ nạp đạn đã được loại bỏ.
Tổng cộng có 1.192 xe tăng T-64 được sản xuất, tuy vậy ngay khi đi vào phục vụ, nhiều vấn đề đã phát sinh với động cơ, khung gầm và các hệ thống khác.
Những lỗi kỹ thuật nhiều đến mức 250 xe tăng đã phải loại bỏ chỉ vài năm sau khi sản xuất. Đây là một sự việc chưa từng có trong lịch sử ngành chế tạo xe tăng Liên Xô.
Năm 1969, biến thể T-64A trang bị pháo 125mm được đưa vào sản xuất, nhưng nó cũng gặp phải tất cả các vấn đề của phiên bản trước đó, và phải mất thêm vài năm nữa để khắc phục.
Năm 1976, những chiếc xe tăng này bắt đầu được chuyển giao cho các đơn vị thuộc Nhóm Lực lượng Liên Xô tại Đức (GSFG). Vào thập niên 1980 - 1981, T-64 xuất hiện trong Nhóm Lực lượng phía Nam đóng tại Hungary.
Một thời gian sau, các đơn vị này bắt đầu tiếp nhận phiên bản mang tên lửa dẫn đường T-64B. Nhưng khi đó Bộ chỉ huy Liên Xô không còn tin rằng loại xe tăng này có thể cạnh tranh ngang hàng với M1 Abrams của Mỹ và Leopard 2 của Đức.
Chính vì vậy ngay từ đầu những năm 1980, các đơn vị tinh nhuệ của Liên Xô bắt đầu được trang bị lại bằng xe tăng T-80B với động cơ turbine khí 1.100 mã lực.
Vào những năm 1990, Quân đội Nga có các xe tăng T-64 với nhiều biến thể khác nhau được cất giữ tại căn cứ bảo quản và đơn vị huấn luyện, nơi chúng được sử dụng cho đến khi hết hạn sử dụng rồi "nghỉ hưu" hoàn toàn.
Tại Ukraine, xe tăng T-64 trở thành xương sống của lực lượng mặt đất, nhưng tất cả các mẫu còn tồn tại từ những năm 1960 đều bị phá hủy trước năm 2000.
Rất ít xe tăng phiên bản những năm 1970 và 1980 còn lại trong Lực lượng Vũ trang Ukraine, và sau khi cuộc chiến toàn diện bùng nổ, số lượng của chúng tiếp tục giảm nhanh chóng, phần lớn do bị máy bay không người lái cảm tử tiêu diệt.
