D.510 первым во Франции преодолел рубеж 400 км/ч. Недостаточная путевая устойчивость вынудила доработать вертикальное оперение, которое по площади стало больше, чем у D.500.

В мае 1935 г. правительство выдало первый заказ на 25 D.510. Первый самолет этого заказа был готов в июле 36-го. Серийные истребители отличались от D.501 увеличенным фюзеляжным бензобаком, большей колеей шасси (стойки немного расставили в стороны) и иной формой обтекателей колес. Вооружение устанавливалось по типу D.510 - пушка и два пулемета. Первые пять серийных самолетов ушли без радиостанций, но уже на второй партии из 20 истребителей поставили станции ОТС. А с февраля 1937 г. стали монтировать приемо-передающие комплекты фирмы "Томсон", с большей дальностью связи. Внешне это проявилось в появлении второй, складной, антенны под фюзеляжем вдобавок к стоявшей сверху.

Серийное производство D.510 по заказам французских ВВС продолжалось до июня 1938 г.

Самолеты семейства D.500, ненадолго выведшие французскую истребительную авиацию на лидирующие позиции, остались чисто "местным" явлением. Хотя многие страны заинтересовались этой машиной, немногие приняли ее на вооружение. Самой крупной партией, отправленной за рубеж, явились 24 D.510C, заказанные в августе 1937 г. китайцами. С лета 38-го две эскадрильи китайских ВВС воевали на них с японцами. Два самолета, первоначально заказанных Турцией, продали якобы Саудовской Аравии. На самом деле они отправились в Испанию. На них сражались республиканские летчики.

Два D.510J летом 1935 г. купила Япония: один достался авиации императорской армии, другой - флоту. Один D.510A в сентябре следующего года отправили в Англию. Одновременно с ним единственный D.510R приняли на аэродроме Виллакублэ советские представители. Все эти машины предназначались для изучения, в основном интересовались французской мотор-пушкой, аналогов у которой тогда не было.

Но еще перед началом войны во Франции началось формирование эскадрилий и звеньев ПВО, прикрывавших в глубине страны города, важные заводы, порты и аэродромы. Вооружали их устаревшей техникой, в том числе D.500, D.501 и D.510 получили пять эскадрилий и одно отдельное звено (укомплектованное польскими летчиками). Из этих эскадрилий три базировались в самой Франции, одна в Марокко и одна в Алжире.

При поспешном создании новых авиачастей в ходе войны современной техники зачастую не хватало и, чтобы летчики не теряли квалификации, временно им давали старые истребители. Но на фронт эти части отправлялись только после перевооружения.

Морская авиация сформировала на D.510 две эскадрильи. Первая из них воевала уже на MB. 151, а вторая на передовую вообще не попала.