W kampanii francuskiej Dorniery prowadziły rozpoznanie lotnisk francuskich i celów nа terenie Belgii. Odbyło się to kosztem utraty dwóch samolotów. W okresie bitwy o Anglię Do 215 wykorzystano do prowadzenia rozpoznania Wysp Brytyjskich. Wykonywano loty na rozpoznanie m.in. Liverpoolu, Coventry i Birmingham. Kilka samolotów Do 215 przydzielono do eskadry rozpoznania pogody Naczelnego Dowództwa Luftwaffe (Wettererkundungsstaffel Oberkommando der Luftwaffe). Samoloty Do 215B zostały wykorzystane do prowadzenia rozpoznania również nad krajami neutralnymi. Grupa Dalekiego Rozpoznania Głównodowodzącego Luftwaffe wykonywała m.in. loty nad Szwecją i Szwajcarią.
W końcu 1940 r. do jednostek myśliwców nocnych trafiły Dorniery w wersji Do 215B-5. Były wyposażone w pasywne urządzenia Q-Rohr wykrywające promieniowanie podczerwone. W 1941 r. na ich pokładach zamontowano radar pokładowy Lichtenstein. Maszyny trafiły do pułków Nachtjagdgeschwader 1, 2, 4. Z racji przenoszonego uzbrojenia (trzy karabiny maszynowe MG 17 i trzy działka MG-FF obsługiwane przez pilota oraz dwa karabiny maszynowe w górnym i dolnym stanowisku strzeleckim) były najsilniej uzbrojonymi myśliwcami Luftwaffe w 1941 r. Właściwości bojowe maszyny oceniano jako bardzo dobre, pojedyncze egzemplarze przetrwały w służbie linowej do 1944 roku.