Prototyp MB.133 również był wyposażony w silniki Hispano-Suiza 14 Aa, a nadto miał podwójne usterzenie pionowe. Niedopracowanie silników opóźniło oblot maszyny, do którego doszło 1 października 1937 roku. Prędkość maksymalna wynosiła 435 km/h, lecz w tym czasie nie była to już wartość wystarczająca i samolot nie został skierowany do produkcji, a prototyp przebudowano na MB.131.
Służba Samoloty Bloch MB.131 do francuskich jednostek lotniczych zaczęto dostarczać w czerwcu 1938 roku a ostatnie z nich dostarczono we wrześniu 1939 roku. Ogółem używały je grupy (dywizjony): GR I/14, GR II/14, GR I/21, GR II/22, GR I/35, GR I/36, GR II/36, GR I/55, GR II/55 i GR I/61 (druga liczba oznaczała pułk lotniczy). W chwili wybuchu II wojny światowej znajdowały się na uzbrojeniu w siedmiu dywizjonów rozpoznawczych, po 13 samolotów. Jeden znajdował się na terenie Afryki Północnej.