Les BB 67000, livrées à partir de 1963, ont rapidement montré quelques défauts : génératrice à courant continu peu performante, et absence de système permettant le chauffage électrique des rames.
Dès 1965, la BB 67036 est transformée : elle reçoit un alternateur produisant du courant alternatif, suivi de redresseurs permettant son utilisation dans les deux moteurs à courant continu et dans la ligne de train alimentant les voitures voyageurs. Le moteur Diesel est débridé, passant de 2000 à 2400 Ch. Après deux années d'essais fructueux, la SNCF décide de commander en remplacement d'une tranche de BB 67000 supplémentaires une nouvelle série quasi identique à la BB 67291 : les BB 67300.
Evolution des BB 67000 dont elles conservent l'esthétique, les BB 67301 à 67370 leurs reprennent dès leur livraison les meilleurs trains. Bloquées sur le régime GV 140 km/h à partir de 1973, elles n'en restent pas moins utilisées tant en trafic marchandises que voyageurs.
Dès 1975, alors que les livraisons de machines Diesel neuves viennent de s'arrêter, il s'avère que leur nombre est insuffisant pour couvrir tout le trafic voyageurs. Les BB 67000 étant, elles, en surnombre suite à la chute du trafic marchandises, il est décidé de transformer 19 engins des dernières tranches en BB 67300 à l'occasion de leur passage en révision générale (39 engins étaient initialement prévus) : c'est ainsi que sont livrées de 1975 à 1979 les BB 67371 à 67389 ; la BB 67291 reçoit des équipements standard et devient la 67390. Ces vingt "nouvelles" locomotives sont réversibles, et peuvent donc être utilisées avec des rames RIO. Une partie des 67300 "originelles" (67303 à 06, 41, 44, 45, 48, 49, 51, 52, 54) recevra cet équipement plus tardivement, notamment lors de l'apparition des rames RRR. Cela leur permet d'être utilisées en trafic TER et de garder une certaine activité, alors que la caténaire gagne toujours davantage de terrain. En parallèle, toutes les machines voient leur aspect sensiblement modifié avec la pose de cabines renforcées identiques à celles des BB 67400.
Avec la répartition du parc par activités en 1999, une partie de la série est affectée au Fret, quelques autres à Grandes Lignes, le reste au TER, même si dans les faits, cette répartition n'est pas respectée. La série est aujourd'hui principalement utilisée en trafic TER, notamment en région Rhône-Alpes. A partir de 2007, les unités en mauvais état sont radiées, les machines Fret sont remplacées par des BB 75000, celles TER et Grandes Lignes par des 67400 et AGC.
La majorité des machines rescapées fut utilisée sur les TER Rhône Alpes, et le manque de matériel conduisit à la poursuite de leur utilisation jusqu'en 2016, aux côtés de rames RRR encore quelque mois après l'électrification de Chambéry - Grenoble - Valence (elles ont été évincées de Lyon - Roanne à la fin du service 2011) en attendant la livraison des Regio 2N le remplaçant indirectement. D'autres machines ont été envoyées sur le TER Auvergne pour utilisation avec des RRR en attendant l'arrivée des Regiolis en 2017.
Quelques autres machines furent utilisées par l'activité Intercités entre Valence et Briançon (trains de nuit) et Bourges et Montluçon en complément de BB 67400 ; elles ont été mises à la retraite sur la première relation par des BB 75300 issues de la transformation de 75000, et sur la seconde fin 2018 par les navettes assurées en X 73500 en remplacement des trains directs vers Paris. La BB 67382 est sauvegardée en état de marche à Lyon par l'association ARCET.
Année | 1967 | 1968 | 1969 | 1975 | 1976 | 1977 | 1978 | 1979 |
Mises en service | 2 | 34 | 34 | |||||
Transformations de BB 67000 | 1 | 7 | 5 | 3 | 4 | |||
Parc total en fin d'année | 2 | 36 | 70 | 71 | 78 | 83 | 86 | 90 |
Année | 1990 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 |
Réformes | 3 | 1 | 1 | 2 | 4 | 8 | 11 | 23 | 4 | 2 | 6 | 8 | 6 | 5 | 6 |
Parc restant en fin d'année | 87 | 86 | 85 | 83 | 79 | 71 | 60 | 37 | 33 | 31 | 25 | 17 | 11 | 6 | 0 |
Sorties d'usine avec une livrée identique à celle des BB 67000, les 70 BB 67300 et la 67291 ont subi les mêmes modifications lors de leur passage en révision générale à la fin des années 70 : feux rouges, cabines renforcées, d'où suppression des enjoliveurs en inox à une extrémité...
Les BB 67371 à 67390 (cet dernière provenant de la 67291 ex 67036) ont été transformées à l'occasion de leur passage en révision générale, elles ont donc toujours eu des cabines renforcées. Comme pour l'ensemble du parc de la SNCF, les éléments en aluminium (plaques et flèches) ont été supprimés à partir de 1985, alors qu'apparaissaient des marquages autocollants.
En 1995, le nouveau logo "casquette" nécessite un raccourcissement des deux bandes blanches à une extrémité ; la même année, la 67373 reçoit une livrée "Corail +" prototype à base de gris métallisé, gris foncé et bleu. A partir de 1999, les exemplaires TER et Grandes Lignes reçoivent la livrée "Corail +", mais cette fois à motif rouge. En 2000, le fret repeint lui aussi des machines à ses couleurs. Les révisions ont été arrêtées en 2007, aucune machine ne connaîtra donc la livrée "en voyage...".