Ich zastosowanie ograniczało się w zasadzie do patrolowania w powietrzu i wykonywania lotów łącznikowych oraz do szkolenia.

We wrześniu 1935 roku dostarczono dwa D.510 zakupione przez Japonię. Jeden o znakach D.510N1J testowano w lotnictwie marynarki, gdzie oznaczono go Dewoitine AXD1, a drugi o znakach D.510N2J testowano w lotnictwie armii, pod oznaczeniem myśliwiec De (De Shiki Sentoki). Oceniono go ostatecznie jako gorszy od konstrukcji japońskich (Mitsubishi A5M i Nakajima Ki-27), o słabszej zwrotności poniżej 4000 m.

Użycie w lotnictwie polskim Polscy piloci latali na samolotach Dewoitine D.510C1 w 8. polskim kluczu w Caen, a na samolotach Dewoitine D.501C1 w 10. polskim kluczu w La Rochelle, w dywizjonie GC III/9 oraz w polskim Ośrodku Szkolenia Lotniczego na lotnisku Bron w Lyonie. Na samolotach tych szkolili się piloci mający następnie latać na nowocześniejszych samolotach myśliwskich Morane-Saulnier MS.406 i Caudron CR.714.

Opis konstrukcji Samolot Dewoitine D.510C1 był jednomiejscowym samolotem myśliwskim w układzie wolnonośnego dolnopłata o konstrukcji całkowicie metalowej, półskorupowej, kabina odkryta. Podwozie klasyczne – stałe z owiewkami na kołach.