Les 13 premiers appareils de série (N°3 à 15, E-223/235) étaient des quadriplaces de reconnaissance MB.131 R4, les cinq machines suivantes (N°16 à 20, E-236/238 et E6241/242) des MB.131 Ins d’instruction. Tous les bimoteurs produits à partir du N° 21 furent livrés comme quadriplaces de reconnaissance et de bombardement MB.131 RB4 (N°21 à 40, E-243/262 et N°45 à 142, L-300/397). Malgré les retards de fabrication les 141 avions commandés furent livrés, les prototypes MB.132 et MB.133 ayant été mis au standard MB.131 (N°42/44, E-298, E-296 et E-304) comme le MB.131-02.
Bien que pouvant théoriquement emporter 800 kg de bombes, le MB.131 fut confiné aux escadrilles de reconnaissance en raison de performances relativement médiocres. Dès juin 1938 les premiers appareils sortant de Déols furent affectés aux GR I/22 et II/22. Le GR I/55 fut équipé à son tour début 1939, puis au printemps les 14e GAA et le GR I/35.
En septembre 1939 on comptait 109 MB.131 en service au sein des 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 et GR/I/61. Employés sans escorte pour des reconnaissances de jour sur la Ligne Siegfried, ils étaient une proie facile pour les chasseurs allemands : Deux appareils du 14e GAR furent victime des Bf 109 du I/JG53 dès le 9 septembre : Le n°92 s’écrasa en flammes, le second parvint à se poser avec une hélice en drapeau. Le 17 septembre deux bimoteurs du GR I/22 effectuant une reconnaissance sur la Sarre furent à nouveau pourchassés par les Messerschmitt du I/JG53. Le n° 100 put s’échapper mais le n°86 s’écrasa à Morsbach. À partir du 18 septembre 1940 ils furent interdits de missions de jour. Le 20 septembre un MB.131 du GR I/14 termina sa reconnaissance de nuit sur le ventre. Le MB.131 n°80 du GR II/55 fut encore abattu près de Fribourg-en-Brisgau le 26 septembre en tentant d’échapper à 6 Bf 109 du II/JG 52 et le 22 novembre le n°122 du GR I/36 effectuant une sortie d’entrainement subit les tirs d’une patrouille de MS.406 du GC II/2. Commandes sectionnées, il parvient à se poser sur le ventre à La Fère-Courbes. Toutes causes confondues l’armée de l’air a perdu 8 MB.131 (10 tués) entre septembre 1939 et mai 1940.
Retirés progressivement de première ligne dès que les Potez 63.11 devinrent disponibles début 1940, ils furent transférés dans les écoles pour l’entrainement ou le remorquage de cibles. Le 10 mai 1940 on en comptait pourtant toujours 35 en première ligne avec les GR I/36 et GR II/36, ainsi qu'au GR-I/61 formé en AFN, tandis que 64 étaient dans les écoles. À l’armistice on recensa 53 exemplaires en zone libre et 21 furent capturés par les Allemands en novembre 1942 pour être ferraillés.