Первая лодка серии «А» - BV 138A-01, была испытана в феврале 1939 г. Самолету явно недоставало мощности двигателей, из-за чего с максимальным взлетным весом 16200 кг он не мог подняться выше 800 м. При нормальной загрузке (взлетный вес 13750 кг) максимальная скорость достигала 265 км/ч при крейсерской в 250 км/ч. В ходе полетов выявили необходимость дальнейшего усиления конструкции, и самолеты с этими доработками стали обозначаться BV 138A-1. Две первые лодки этой серии, после спешных заводских испытаний, в июне 1940 г. участвуют в операции «Wasserubeng» по захвату Дании и Норвегии. Вместе с другими гидросамолетами различных типов они привлекаются в основном для транспортных перевозок. Следующие десять BV 138A-1 летом 1940 г. поступают на вооружение эскадрильи, базирующейся в Хернуме на Балтике. Эксплуатация лодок в строевых частях выявила, кроме уже известных проблем с двигателями (недостаточная мощность и перегрев на максимальных режимах), и сложности с вооружением. Пушки MG 204 часто отказывали, и в конце концов все они были заменены на MG 151 такого же калибра.
Эскадрилья лодок из Хернума перебрасывается в октябре 1940 г. в Бискайский залив, где совместно с другим соединением «летающих башмаков» участвует в патрулировании над Атлантикой. Штормовое осеннее море оказалось серьезным испытанием для самолета, и недостатки двигателей вместе со слабостью отдельных элементов конструкции стали видны еще отчетливей. Поэтому обе эскадрильи выводятся из Франции для перевооружения на самолеты следующей серии - BV 38B.
На лодках серии «В» наконец-то установили новый дизель - Jumo 250DC с взлетной мощностью 880л. с. Из-за усиленной конструкции фюзеляжа и новой силовой установки пустой вес самолета вырос на 570 кг и достиг 11370 кг. Для облегчения взлета с максимальным взлетным весом применили впрыск водомета-ноловой смеси. Бачка с 36 литрами смеси хватало на 80 секунд работы, а прирост мощности составлял примерно ЮОО л. с. Первая BV 138B-01 взлетела в конце 1939 г. и успешно прошла испытания. Однако фирма «Юнкере» еще не могла поставить достаточное количество новых дизелей, и производство BV 138B велось первоначально одновременно с выпуском лодок первой серии.
Дальнейшей модификацией стал самолет BV 138C-1 с такими же дизелями Jumo 205D, но с новыми винтами. На центральный двигатель поставили четы-рехлопастный винт, а на крайних остались трехлопастные, но с большей хордой. Впоследствии такие же винты получили все построенные BV 138B. Поэтому самолеты обеих серий стали почти идентичными, незначительно отличаясь в конструкции. Вооружение лодок серий «В» и «С» тоже выполнялось одинаковым и состояло из двух 20-мм пушек MG 151 в передней и задней турелях, и 13-мм пулемета в открытой огневой точке на центральной мотогондоле. Позднее добавили 7,9-мм MG 15, из которого мог вести огонь радист из бойницы по правому борту. Бомбодержатели для глубинных бомб установили под каждым крылом (по 3 штуки), и самолет мог поднять шесть 50-кг или четыре 150-кг бомб. Экипаж на BV 138C увеличили до шести человек, хотя полеты зачастую выполнялись впятером. Нормальная продолжительность полета составляла 6,5 часов, а с дополнительным запасом топлива достигала 17часов. Для взлета перегруженной лодки применили ракетные ускорители «Вальтер 109-500» (тяга 500 кг, время работы 30 сек), установленные по одному под каждым крылом.
Летом 1941 г. самолеты серий «В» и «С» начинают поступать на вооружение Люфтваффе. Базируются лодки на всех фронтах: в Бискайском заливе и Норвегии, Балтийском, Черном и Средиземном морях. Но главным полем деятельности «летающих башмаков» оставался все же Север, где необходимо было выслеживать конвои союзников, идущие в Мурманск и Архангельск. 8 сентября 1942 г. BV 138, взлетев изТромсе (Норвегия), обнаружил конвой PQ 18, но был перехвачен английскими «Си Харрикейнами» с авианосца «Авенджер». Более полутора часов тихоходный «башмак» вел воздушный бой, успешно маневрируя и обороняясь, и сумел, несмотря на полученные повреждения, вернуться на базу. Помогли ему в этом хорошая маневренность двухбалоч-ной схемы и удачное защитное вооружение. Лодки могли в воздухе не только обороняться, но и нападать. Тому подтверждение сбитые ими в воздушных боях Бристоль «Бленхейм» над проливом Скагеррак и «Каталина» над Северным морем.
К тому времени «детские болезни» BV138 закончились и лодка завоевала репутацию надежного и хорошо вооруженного самолета. Так, одна из эскадрилий в октябре 1941 г. на десяти своих BV 138В пролетела более 105000 км с налетом 500 часов без серьезных отказов и происшествий.
BV 138, летающие в Арктике (базируясь а Ставенгере и Тромсе в Норвегии) часто пополняли запасы бензина, дозаправляясь в море со своих подводных лодок в установленном месте. Это позволяло расширить район патрулирования почти до Ямала и увеличить продолжительность боевого дежурства. Некоторое количество BV 138C оборудовали локаторами FuG 200, повысив эффективность лодки в обнаружении различных целей.
Семьдесят лодок BV 138C оснастили устройствами для запуска с корабельных катапульт, и все они несли службу на кораблях военно-морского флота. Осенью 1942 г. создали вариант BV 138MS (от немецкого «Minensuche» - миноискатель),
