All'entrata in servizio, alla fine del 1975, le E.656 si dimostrarono buoni mezzi, in grado di svolgere egregiamente qualunque compito. Soltanto recentemente, dopo anni di prove e dopo l'introduzione degli smorzatori antiserpeggio (dotazione man mano estesa a tutto il gruppo) è stato per un breve periodo autorizzato di nuovo l'aumento a 160 km/h della velocità massima. Le prime macchine entrarono in servizio tra la fine del 1975 e il 1976 consentendo di sopperire alla mancanza di motrici (causata dalla trasformazione delle E 646 per servizi navetta) e di aumentare il numero delle locomotive assegnate ai servizi passeggeri sulle linee principali, permettendo una razionalizzazione del servizio. Già nel 1975 vennero ordinata una seconda ed una terza serie, dato che la realizzazione a breve scadenza delle locomotive elettroniche non era ipotizzabile, seguite poi da altre tre serie fino a portare il totale di mezzi circolanti a 459 mezzi, un numero di tutto rispetto. Durante gli anni si sono susseguite varie ordinazioni fino ad arrivare alla sesta serie, conclusa nel 1989.
Ogni serie era caratterizzata da differenze più o meno grandi, frutto del costante aggiornamento tecnologico derivante dalle rapide innovazioni diffusesi tra il 1970 e il 1990. Con l'ultima serie e il refit delle vecchie serie venne aggiunto il sistema antiserpeggio al carrello, e il limite di velocità venne riportato a 160 km/h per un breve periodo poi riportato ai 150 km/h delle consorelle delle serie precedenti.

• Prima serie (E.656.001-104): con due motoalternatori
• Seconda serie (E.656.201-251): a telaio irrobustito, unico convertitore da 180 kVA 450Vca 60Hz trifase
• Terza serie (E.656.252-307): a telaio irrobustito, con due motoalternatori
• Quarta serie (E.656.159-200): a telaio irrobustito, fanali maggiorati, unico convertitore da 180 kVA, riadattato per l'interoperabilità su linee francesi (1500 V)
• Quinta serie (E.656.401-550): a telaio irrobustito, fanali maggiorati, doppio convertitore ARSA da 120 kVA, sabbiere ridotte, vetri anteriori modificati con cornice in gomma al posto del telaino
• Sesta serie (E.656.551-608): a telaio e cabina irrobustiti, fanali maggiorati, doppio convertitore da 120 kVA, sabbiere ridotte, vetri anteriori modificati con cornice in gomma al posto del telaino, respingenti piani, carrelli con antiserpeggio, asole per sollevamento in cantiere, centralina elettronica Delfina e sistema di telecomando a 78 poli con supporto per doppia trazione

Tutte le serie hanno 12 motori, con trasmissione ad albero cavo. I motori possono essere inseriti in diverse configurazioni, per regolare la trazione. Per FS esistono solamente 3 serie di E656: la prima comprendente gli E.656.001-104, gli E.656.159-199 e gli E.656.201-307, la seconda gli E.656.401-550 e la E.656.200 e la terza gli E.656.551-608. L'E.656.200 fu trasformata da un singolo convertitore a due ARSA: essa funge da prototipo per gli E.656.401-550.

delle resistenze nella combinazione dei motori "Serie", per migliorare l'assorbimento e la distribuzione della corrente allo spunto di trazione.
Un certo numero di E.656 è stato assegnato alla regione Sicilia, mentre sul continente sono state parzialmente soppiantate dalle E.402A, E.402B e dalle E.444. Nonostante l'assegnazione, le E.656 non possono circolare su tutte le tratte a causa dell'elevato peso per asse che le rende inadatte alle linee più vecchie. Attualmente nessuna delle locomotive E.656 di Trenitalia ha una velocità di targa superiore a 150 Km/h nonostante gli ammortizzatori antiserpeggio. Ciò si può evincere dalla Tabella 27 della Prefazione Generale all'Orario di Servizio (Pubblicazione tecnica normativa di RFI)

Infine, una citazione particolare và fatta per le unità 458 e 468, assegnate alle OMR di Genova Brignole: infatti queste due macchine sono dotate della centralina Delfina e degli accoppiatori a 78 Poli, come le unità di Sesta Serie,e possono quindi essere telecomandati dalla vettura pilota.