Do końca lat sześćdziesiątych Ty51 zatrudniano głównie w ciężkim ruchu towarowym. Wzmożone dostawy lokomotyw spalinowych serii ST43 i ST44 oraz postępy elektryfikacji wyparły je do nieekonomicznych prac manewrowych, obsługi pociągów na liniach lokalnych i pociągów pasażerskich. Zdarzało się, że parowozy serii Ty51 prowadziły lokalne pociągi osobowe zestawione z 2 wagonów. W początkach lat 80. około 75% parowozów serii Ty51 stało bez zatrudnienia w zapasie długotrwałym. Likwidacja wojskowej rezerwy strategicznej parowozów w 1988 roku spowodowała masowe kasacje maszyn tej serii. Na kolejach piaskowych Ty51 pracowały do 1992 roku, prowadząc ciężkie pociągi z piaskiem podsadzkowym z kopalni piasku Kotlarnia.
W oparciu o serię Ty51 zaprojektowano parowóz Ty55, prace nad nim doprowadzając do etapu rysunków wykonawczych. Rezygnacja PKP z zakupu tych parowozów spowodowała wstrzymanie dalszych prac.