Samotnému začiatku prevádzky predchádzalo uzavretie 4 spodných vypustí dňa 7. apríla 1953. Uzavretím všetkých výpustných otvorov začala stúpať hladina v priehrade. Dňa 2.mája 1953 bolo vodné dielo Orava slávnostne odovzdané do prevádzky, aj keď samotná prevádzka ešte nebola možná pre nedostatok vody v priehrade. Práce na príprave skúšobnej prevádzky pokračovali až do 1.8.1953, kedy bol agregát TG1 pripravený na skúšobnú prevádzku, ale zásoba vody v priehrade bola na kóte 587,60 m.n.m J. Po daždivom počasí sa zaplnila nádrž vodou a dňa 5.8.1953 stav hladiny v nádrži bol 588,00 m.n.m. V dôsledku toho sa rozposlali telegramy všetkým dodávateľom a investorovi o dosiahnutí potrebnej hladiny a o určení spustenia agregátu na 10.8.1953. V nedeľu 9.8.1953 bol stav vody 588,81m.n.m a celý deň boli otvorené dva segmenty. K večeru sa otvoril aj tretí a o 18:00 hod. aj štvrtý segment naplno.

Pritom stúpla dolná hladina na kótu 576,90 m.n.m. Služba v elektrárni sa o tomto otvorení dozvedela neskôr. Medzitým sa voda dostala do suterénu cez odpadové potrubie a zaplavila víko turbíny až po regulačný kruh. Okamžite sa začali práce na odstránení záplavy, vyčerpala sa voda do 24:00 hod, začalo sa s vysušovaním elektromotorov. Súčasne sa rozobralo vodiace ložisko turbíny. Škoda na zariadení nebola žiadna a skúšky poruchovej automatiky boli zahájené 12.8.1953. 15.augusta 1953 o 15:49 hod. bola spustená turbína TG1. Pri tom sa sledovali teploty ložísk, funkcie čerpadiel, rychlouzáveru a pod.

Prvé ručné prifázovanie do siete previedol 29. augusta o 18:06 hod. Dr.Ing. Brandejský. 7. septembra 1953 o 9:18 hod. bol agregát TG1 prifázovaný na sieť a začala sa skúšobná 14 denná prevádzka po dobu ktorej v prvom týždni prevádzku robia zástupcovia dodávateľov a v druhom týždni personál objednávateľa za dozoru dodávateľských firiem. 23. a 24. septembra 1953 boli odovzdané do skúšobnej prevádzky spoločné zariadenia pre obidva agregáty.

Prvé vypínacie skúšky agregátu TG2 boli prevedené 8.11.1953 z maximálneho výkonu 7 MW. Komplexné nabehnutie tohto agregátu sa previedlo až dňa 15. apríla 1954, nakoľko z príkazu investora OSE - Bratislava a na základe rozhodnutia Sboru povereníkov z 8.11.1953 sa dňom 9.11.1953 úplne odstavila prevádzka VE Orava, aby sa mohla nerušene plniť nádrž Oravskej priehrady a tým investor mohol previesť zaťažkávacie a meracie skúšky betónovej priehrady. Štrnásťdňová skúšobná prevádzka TG2 sa začala 21. apríla 1954 a trvala do 6. mája 1954.

Dominantným účelom sústavy Orava - Tvrdošín je využitie hydroenergetického potenciálu a ochrana pred povodňami. Nádržou je ovládaná plocha povodia 1 181 km² Bielej a Čiernej Oravy, ktorých prietoky sú značne rozkolísané,  a to tak minimálne, ako aj maximálne. Nádrž predstavuje z celkového akumulovaného objemu všetkých nádrží na Slovensku viac ako 18% a od roku 1976 spolu s Liptovskou Marou je to takmer 39% zastúpenie.

Sú to dve najvýznamnejšie nádrže s energetickým využitím a tiež predstavujú najväčšie regulačné zdroje vody pre celú 15-stupňovú derivačnú (kanálovú) kaskádu vodných elektrárni na Váhu. Vzhľadom na významnú strategickú polohu v povodí Váhu (ako vrcholové nádrže) a ich celkový objem majú kľúčový význam aj v systéme protipovodňovej ochrany s účinným dosahom prakticky na celé Považie. Tento význam sa počas ich doterajšej prevádzky potvrdil už mnohokrát, napr. pri povodňových prietokoch v rokoch 1997, 2001, 2006 a 2010.

Sú to dve najvýznamnejšie nádrže s energetickým využitím a tiež predstavujú najväčšie regulačné zdroje vody pre celú 15-stupňovú derivačnú (kanálovú) kaskádu vodných elektrárni na Váhu. Vzhľadom na významnú strategickú polohu v povodí Váhu (ako vrcholové nádrže) a ich celkový objem majú kľúčový význam aj v systéme protipovodňovej ochrany s účinným dosahom prakticky na celé Považie. Tento význam sa počas ich doterajšej prevádzky potvrdil už mnohokrát, napr. pri povodňových prietokoch v rokoch 1997, 2001, 2006 a 2010.

Zosúladiť protichodné požiadavky na prevádzku vodného diela z pohľadu energetického využitia a protipovodňovej ochrany nie je vôbec jednoduché. Pre výrobu elektrickej energie je potreba vytvorenia čo najväčšieho zásobného objemu, zatiaľ čo pre zachytenie povodňových prietokov a následné sploštenie povodňovej vlny je snaha vytvoriť čo najväčší retenčný priestor v zásade na úkor zásobného priestoru. Preto pôvodná koncepcia vodohospodárskeho riešenia, navrhnutá v prvom vodohospodárskom pláne nádrže Orava, vypracovaného vo Výskumnom ústave vodohospodárskom (VÚV) Praha v roku 1946, prešla vývojom s viacerými zmenami ešte počas výstavby, ale najmä po skúsenostiach zo samotnej prevádzky. Vplyv na revíziu retenčného priestoru mali najmä povodne z roku 1958 a 1970 a to ako z hľadiska navrhovaných kulminačných prietokov, tak aj z hľadiska ich objemu.