Utilisées sur la Transversale Sud à partir du début des années 70,où elles évincèrent les 2D2 et BB ex PO Midi, sur les trains de marchandises, éventuellement en unités multiples, ainsi que sur les omnibus et express à faible parcours, ces locomotives basées à Toulouse ont ensuite été associées aux rames RIB et RRR lors de leur apparition à la fin des années 80. Avec la livraison des BB 9600 ex 9400, elles sont confinées au trafic marchandises dès le début des années 90.
A cette époque eut lieu l'affectation de 35 BB 8500 toutes à "petites cabines" à Avignon en deux vagues en mai et septembre 1993 pour utilisation en service marchandises en remplacement des dernières BB 9400 dans la vallée du Rhône, autour de Fos - Miramas et sur la Transversale Sud. Un premier lot, des tranches plus anciennes, quitte le dépôt dès avril 1997 pour Vénissieux en vue d'être dédié aux manœuvres (BB 88500), les restantes y demeurant jusqu'à fin 2000 après avoir été attribuées à Fret SNCF en 1999.
Les machines restées à Toulouse, appartenant à la fois aux tranches "petites cabines" et "grandes cabines" roulèrent elle aussi sur la Transversale Sud jusqu'en 2003/2004, le parc Fret étant dissous à cette époque avec éventuelle réaffectation aux TER pour les machines "grande cabine" en bon état.
Deux BB 8500 (8562 et 8585) ont brièvement été affectées au dépôt de Marseille Blancarde début 1986 notamment pour y servir en compagnie des RIO, avant de le quitter dès juin.
A la fin des années 80, les nouvelles RRR sont utilisées avec des BB 8500 affectées à Toulouse, mais celles-ci, jugées surpuissantes et bien plus utiles en service marchandises, sont rapidement remplacées par les BB 9600 (9400 transformées entre 1990 et 1994), et leur utilisation en service régional cesse à l'Est de Béziers : elles ne fréquentent les rails gardois qu'en service marchandises.
La radiation des BB 9600 sera l'occasion du grand retour des BB 8500 à partir de l'été 2004, aussi bien en tête des RRR que de rames tractées USI / Corail y compris sur de longues distances, comme Cerbère - Avignon. Ces machines, de la tranche 8589 - 8646 à grandes cabines provenaient du parc Fret et pour certaines arboraient sa livrée verte, assurèrent l'intérim pendant quelques années, jusqu'à la livraison complète des rames AGC provoquant leur radiation achevée vers 2009.
Il arrive occasionnellement que des engins survivants, affectés à Toulouse pour les TER Midi Pyrénées, transitent par Nîmes pour rejoindre le dépôt d'Avignon subir un reprofilage des essieux.
