De resultaten van de tests met de prototypes waren van dien aard dat er een eerste voorserie werd besteld van zes toestellen aangeduid met het type Bv 138 A-0 en genummerd A-01 t/m A-06. Als bewapening had men gekozen voor een draaibaar 20 mm MG FF kanon in een koepel op de neus, één 7,92 mm MG 15 machinegeweren achter boven op de middelste motor en eenzelfde achter in de romp in een open geschutsopstelling.^[4][5]

Het kanon op de neus beviel niet en werd vervangen door een mitrailleur. Van dit gewijzigd concept werden er 25 besteld onder de typeaanduiding Bv 138 A-1, waarvan de eerste begin 1940 werden geleverd.^[5] De eerste toestellen werden meteen ingezet voor redding doeleinden bij de invasie van Noorwegen. In oktober waren alle bestelde Bv 138's in dienst en ondergebracht bij de 1./Küstenfliegergruppe 506 en de 2./Küstenfliegergruppe 906. Het toestel was echter geen bijster succes.^[4][6]

De tekortkomingen van het A-type toestel trachtte men bij de B-type te verbeteren door een versterkte constructie toe te passen en een zwaardere bewapening. Het kanon op de neus kwam weer terug in de koepel, alhoewel er wel een verbeterde versie werd gebruikt. Eenzelfde kanon werd ook aangebracht in een koepel achter op de verlengde romp. Ook werden er zwaardere motoren ingebouwd.^[7] De Bv 138 B-1, zoals dit type werd aangeduid, kon tevens aan stuurboordzijde onder de vleugel drie bommen van 50 kg meevoeren. De mitrailleur achter op de middelste motor werd gehandhaafd. De "Vliegende Klompen" zoals de toestellen ook wel werden genoemd bleven echter problemen opleveren en men ging hard aan het herontwerpen.^[4]

Door ijsvorming op de rivier de Elbe begin 1940 liep de productie behoorlijke vertraging op. Toen in maart het werk hervat werd koos ook het prototype van de Bv 138 C het luchtruim. De constructie was wederom versterkt, het motorvermogen aangepast en een zwaardere mitrailleur geplaatst op de middelste motor. Deze motor werd tevens voorzien van een vierbladige propeller.^[5] De Bv 138 C-1 werd het definitief ontwerp. Toen in 1943 de productie werd gestaakt waren er in totaal 227 exemplaren uit de fabriek gerold. Het toestel is op veel oorlogstheaters gebruikt, waarbij het ingezet is voor redding doeleinden, de jacht op onderzeeboten en verkenning.^[8][4][9]

Om aan specifieke behoeften te voldoen werd nog een tweetal aanpassingen ontworpen. Alle typen konden met behulp van een extra bommenwerk aan bakboordzijde een extra bommenlast vervoeren van zes 50 kg bommen of vier 150 kg dieptebommen tegen onderzeeboten. Deze aanvulling werd aangeduid door achter het type de aanvulling /U-1 te plaatsen.^[5]

Een andere speciale versie was de aanpassing van waarschijnlijk een zestal Bv 138 B-1 toestellen tot mijnenveger. Deze werden uitgerust met een grote magnetische ring waarmee door op lage hoogte boven het wateroppervlak te vliegen magnetische mijnen tot ontploffing konden worden gebracht. Deze werden aangeduid met Bv 138 MS. Tot slot zijn 72 toestellen van verschillende typen verbouwd om met een katapult te kunnen worden gelanceerd en zodoende als langeafstandsverkenners te kunnen fungeren voor de Kriegsmarine aan boord van marineschepen.^[5][4][9]