После перелета в Москву в августе 1939 г. самолет благополучно прошел государственные испытания (летали опять Шварц и Новиков), и 12 августа был принят в эксплуатацию. Машина несла бортовой код «Л-760». Интересно, что по данным отчета о госиспытаниях максимальная скорость составила 275 км/ч, хотя самолет летал с большим весом, чем в Казани. Возможно, сказалась доводка и регулировка двигателей. Дальность полета оценили в 1000 км.

Шестимоторный гигант передали Московскому управлению ГВФ. С осени 1939 г. ПС-124 совершал регулярные рейсы на линии Москва - Харьков - Ростов-на-Дону - Минеральные Воды. Командиром корабля был Н.И. Новиков, вторым пилотом - Р.С. Боканев. Машина эксплуатировалась на трассе до начала зимы следующего года, но не очень интенсивно. Она совершила всего 26 рейсов и перевезла 2100 человек. С началом зимы ПС-124 поставили на прикол на недостроенном аэродроме Внуково под Москвой. Некоторые авторы пишут, что самолет перевели в эскадрилью особого назначения, но в списках техники этого подразделения она не числилась.

С декабря 1940 г. по ноябрь 1941 г. ПС-124 находился на стоянке. Почему фактический флагман «Аэрофлота» вывели из эксплуатации, остается невыясненным. Возможно, его полеты не окупались. Однако в советское время немало авиалиний являлись убыточными; государство, стремясь их сохранить, покрывало убытки. Зимой ПС-124 мог простаивать, не имея лыж, так же как и «Максим Горький». Но с весны 1940 г. аэродромы зимой стали укатывать. DC-3 и ПС-84 летали на колесах круглый год. Тем не менее, остается фактом, что почти год огромная машина не приносила никакой пользы.

В 1941 г. два внутренних мотора АМ-34ФРНВ заменили более современными АМ-35. Номинальная мощность у них равнялась 1200 л.с., а максимальная — 1350 л.с. Это увеличило суммарную тягу и улучшило летные данные. Разрешенную полезную нагрузку подняли с 4800 кг до 6400 кг, полетный вес - с 44000 кг до 45600 кг. Максимальная скорость полета поднялась до 296 км/ч, но дальность немного уменьшилась - до 960 км. Обтекатели с колесных тележек сняли.

Командир корабля Н.И. Новиков и второй пилот Р.С. Боканев, 1940 г.

Пока ПС-124 простаивал, началась Великая Отечественная война. Большую часть современной авиационной техники ГВФ направили в особые эскадрильи и группы, приданные фронтам и флотам для перевозок людей и грузов. Тыловые управления стали испытывать нехватку самолетов, поскольку и там объем перевозок после начала боевых действий возрос. Вот тогда и вспомнили о ПС-124.

В ноябре 1941 г. немцы уже подходили к Москве. Летать на медлительном и неуклюжем гиганте в районе, где вовсю шныряли «мессершмитты», казалось явным самоубийством. И ПС-124 отправили подальше от фронта, в Среднюю Азию. Он вошел в состав Узбекского управления ГВФ и обосновался в Ташкенте. Машину использовали на линиях Ташкент - Чарджоу - Ургенч и Ташкент - Куйбышев (Самара). Возили не столько людей, сколько различные грузы.

В Узбекском управлении самолет пролетал чуть больше года. Эксплуатировался он там более интенсивно, чем ранее. Средний месячный налет почти вдвое превышал достигнутый в Московском управлении. На борт брали намного больше пассажиров, чем предусматривалось конструкцией. Как их размещали - не очень понятно, то ли поставили дополнительные кресла, то ли просто сажали на пол в проходах и коридорах.

12 декабря 1942 г. ПС-124 прилетел из Ургенча в Чарджоу, доставив 85 пассажиров и 1925 кг груза. Командиром самолета был летчик Говяз. Через два дня машина продолжила путь в Ташкент. На борту находились 26 пассажиров и груз. Не долетев 90 км до Ташкента, гигант вдруг начал снижаться. Снижение сначала было плавным, но угол постепенно нарастал. Кончилось тем, что ПС-124 вошел в пикирование и врезался в землю. Все пассажиры и десять человек экипажа погибли.

Расследование выявило, что в момент катастрофы командир корабля Говяз в пилотской кабине отсутствовал. В его кресле сидел летчик Козлов, не входивший в состав экипажа и летевший пассажиром. Говяз разрешил ему «порулить». За ним должен был присматривать второй пилот Тропков. Самолет пошел вниз потому, что Козлов намеренно или случайно включил электропривод подъема стабилизатора; выключатель его находился на подлокотнике. Передняя кромка стабилизатора поднялась до упора, направив ПС-124 в пикирование со все увеличивавшимся углом. Второй пилот то ли не заметил, что сделал Козлов, то ли не успел среагировать.

Вот так погиб дублер АНТ-20, наследник «Максима Горького». На нем линия тихоходных многомоторных гофрированных гигантов в нашей стране пресеклась.