Inzwischen war auch die Serienfertigung der BV 138 A-1 angelaufen. Insgesamt wurden 25 Maschinen gebaut; die erste Serienmaschine konnte im April 1940 zum ersten Mal starten. Da zu dieser Zeit gerade die Besetzung Norwegens (Unternehmen "Weserübung") im Gange war, wurden die ersten Maschinen ohne Erprobung sofort für den Transport von Nachschubgütern in den Norden eingesetzt. Bei den ersten Einsätzen zeigte sich immer wieder, daß die Waffentürme im Bug, die LB 204, Probleme bereiteten und im Einsatz versagten. Erst mit dem Einbau der ersten MG 151 verbesserte sich die Lage. Im Oktober 1940 wurden dann alle BV 138 A-1 nach Frankreich verlegt.

Während des Einsatzes der Maschinen in Frankreich zeigte sich, daß der Bootsrumpf, die Schwimmkörper und die Landeklappen weiter verstärkt werden mußten. Diese Änderungen wurden beim Bau der nächsten Serie, der B-Serie, berücksichtigt. Die erste Maschine, die BV 138 B-1, wurde im Dezember 1940 ausgeliefert. Im Juli 1941 wurden alle BV 138 nach Norwegen verlegt, wo sie zur Fernaufklärung eingesetzt wurden. Dabei zeigte die B-1-Version, daß sie auch einen hohen Kampfwert besaß. Es gelang unter anderem, eine Blenheim und ein Catalina-Flugboot abzuschießen. Bis Ende 1941 wurden alle A-1-Maschinen soweit verbessert, daß sie der B-1 entsprachen. Diese Serie lief dann im Frühjahr 1941 aus. Hinzuzufügen ist noch die einzige Unterversion, die BV 138 B-1/U-1, die mit Abwurfgeräten für sechs SC-50-Bomben oder vier Wasserbomben zur U-Boot-Bekämpfung ausgerüstet werden konnten. Während des Rests des Krieges diente die BV 138 über der Nord- und Ostsee sowie dem Ärmelkanal und dem Eismeer als Aufklärer. Für den Seenoteinsatz hatte sie sich allerdings als völlig ungeeignet erwiesen, doch dafür konnte dank der fortgeführten niederländischen und später auch französischen Fertigung die zuerst abgelehnte Do 24 in weit überlegener Weise eingesetzt werden.

Die nun folgende Serie BV 138 C-1 wurde weitgehend an die B-1-Variante angelehnt. Äußerlich war sie nur an der neuen vierflügligen Luftschraube zu erkennen. 1942 waren dann die neuen Jumo 205 D-Motoren lieferbar, auf die alle gebauten Maschinen umgerüstet wurden. Außerdem wurde auch die Bewaffnung der Maschinen verstärkt. Der Drehturm im Bug erhielt ein MG 151/20, ebenso der Heckstand. Der obere Heckstand erhielt ein MG 131. Zusätzlich war noch der Einbau eines MG 15 an der Steuerbordseite möglich. Diese Waffe konnte vom Funker bedient werden. Ebenso konnten bei der C-1 die Rüstsätze U1 für sechs SC-50 Bomben oder vier Wasserbomben angehängt werden. Die Materialknappheit und die sich verstärkenden alliierten Luftangriffe wirkten sich äußerst nachteilig auf die Produktion neuer Maschinen aus. Einige BV 138 C-1 wurden zum Aufspüren von Minen eingesetzt. Dazu erhielten sie einen Minensuchring, der über elektromagnetische Impulse die Minen zur Explosion brachte.

Um die Reichweite der Flugboote zu erhöhen, wurden einige mit Katapultvorrichtungen versehen, um von Katapultschiffen, die vor dem Krieg der Deutschen Lufthansa gehörten und im Südatlantik stationiert waren, zu starten. Insgesamt konnten so die Maschinen 18 Stunden in der Luft bleiben und dabei etwa 3.900 km zurücklegen. Um bei festgestellten Geleitzügen auch außer Sichtweite Fühlung halten zu können, wurden einige BV 138 C-1 mit dem Funkgerät »Hohentwiel« ausgestattet.

Gebaut wurden:

Version: BV 138 A

Typ: Dreimotoriges Aufklärungsflugboot mit Leitwerksträgern

Besatzung: 5 Mann

Flügel: Freitragender Hochdeckerflügel auf Pylon oberhalb des Bootsrumpfes. Dreiteiliger Metallaufbau mit Blechbeplankung, abgesehen von einigen stoffbespannten Flächen der Flügelunterseite. Zentraler Rohrholm, Mittelteil, zugleich als Kraftstoffbehälter herangezogen, aus Stahl, Außenteile aus Dural. Spreizklappen zwischen Querruder und Rumpf. Flügelfläche: 112,00 m².