14 октября 1959 г. под Тулой произошла первая катастрофа Ан-8. Из-за самопроизвольного стопорения руля высоты в момент выпуска закрылков при заходе на посадку разбился самолет 374-го ВТАП. Погиб почти весь экипаж командира эскадрильи Парфенова – спастись удалось только хвостовому стрелку. В целом, на начальной стадии эксплуатации Ан-8 не вызывал особого доверия у летного состава. Различные происшествия случались достаточно часто, что и не удивительно: как-никак «восьмерка» стала первым отечественным специализированным ВТС. Тем не менее, несмотря на все трудности освоения машины, она все шире применялась для решения задач ВТА. В ноябре 1959 г. в Белоруссии при транспортировке грузов военного назначения на раскисших аэродромах были продемонстрированы вездеходные качества Ан-8. По планам боевой подготовки 12-я ВТАД принимала участие в учениях Туркестанского, Закарпатского и Одесского военных округов. Наиболее массовое применение Ан-8 состоялось во время учений войск стран-участниц Варшавского договора «Стальной щит», которые прошли на территории Польши и ГДР в 1962 г.
В 1965-66 гг. Ан-8 из 930-го ВТАП привлекались для отбора проб воздуха после проведенных в Китае ядерных испытаний. Полеты выполнялись в приграничных районах СССР, при этом самолеты оснащались фильтрогондолами с индикаторами радиоактивности «Лазурь». Дальневосточники летали на разведку над нейтральными водами Японского моря. Как правило, такие задания выполнялись ночью в режиме радиомолчания, что требовало от экипажей высокого летного мастерства и выдержки. Известны случаи, когда базировавшиеся на японских аэродромах истребители США перехватывали Ан-8 и, маневрируя в опасной близости, всячески старались помешать выполнению задания. Иногда в таких перехватах участвовали и южнокорейские летчики.
С 1970 г. в связи с переоснащением парка ВТА новыми Ан-12 около 80 выведенных из эксплуатации Ан-8 передали авиации ВМФ, ПВО, а также в транспортные авиаотряды ряда министерств, в том числе авиапромышленности и гражданской авиации. Например, самолеты использовались авиазаводами Новосибирска, Омска, Куйбышева (Самара), Иркутска, Комсомольска-на-Амуре, Арсеньева. Постепенно стареющие самолеты стали списывать. Один Ан-8, окончивший свою службу в Бакинском округе ПВО, был передан в музей ВВС в подмосковном Монино, а другой установлен на аллее Трудовой славы ТАПО им. В.П.Чкалова.
После распада СССР остававшиеся в летном состоянии Ан-8 были проданы коммерческим компаниям. Гражданская эксплуатация «восьмерок» не всегда проходила гладко. С 1975 г. по 1994 г. в тяжелых летных происшествиях было потеряно 13 машин. Например, 30 сентября 1994 г. в аэропорту Чайбуха Магаданской обл. Ан-8 (RA-27209) арсеньевского авиапредприятия упал сразу после взлета, похоронив 7 человек из 21, находившегося на его борту. Причина катастрофы – взлет с застопоренными рулями высоты. В 1995 г. полеты Ан-8 практически во всех постсоветских странах были запрещены, и машины стали перегонять на Ближний Восток, в Азию и Африку. Попавшие туда «восьмерки» получили местную регистрацию (например, либерийскую). Под управлением смешанных экипажей, состоявших из местных авиаторов и бывших советских летчиков, они продолжали эксплуатироваться до полной выработки ресурса. К сожалению, условия, в которых приходилось осуществлять авиаперевозки во многих африканских и азиатских странах цивилизованными никак не назовешь, а это делало летные происшествия практически неизбежными. Последний инцидент с участием Ан-8 произошел 22 января 2005 г. в Демократической республике Конго. Самолет (борт EL-WVA), который выполнял рейс с грузом гуманитарной помощи, потерпел аварию при заходе на посадку в аэропорту Конголо, приземлившись за 100 м до ВПП. Все 10 человек, находившихся на борту, получили травмы. По данным АНТК им. O.K. Антонова, сегодня продолжают летать, как минимум, четыре Ан-8. Один из них числится в Шри-Ланке, а три, по не подтвержденным сведениям, – в Руанде.
Успешное создание Ан-8 определило главное направление развития антоновского ОКБ – разработка специальных транспортных самолетов, а также послужило хорошей школой для конструкторского коллектива и основой для создания более крупных «летающих китов»: Ан-12, Ан-22, Ан-124 и Ан-225.