Le prototype DC-1 (X223Y) fut équipé d’hélices tripales à pas fixe et de surfaces additionnelles entre les nacelles-moteur et le fuselage en avant de la voilure, l’objectif étant de créer un effet de fente pour améliorer l’écoulement de l’air au niveau du raccordement aile-fuselage. Alors que le Boeing 247, lancé en 1932, avait effectué son premier vol le 8 février 1933, le DC-1 prit l’air le 1er juillet 1933, piloté par Carl Cover, pilote d’essais et vice-président (ventes) de la firme. Ce premier vol aurait pu se terminer de façon tragique sans le sang-froid du pilote et la topographie accidentée de la région de Santa Monica. En effet les deux moteurs tombèrent en panne alors que le prototype commençait à prendre de l’altitude. Le sol accusait heureusement une forte pente au bout de la piste et lorsque le prototype pointa le nez vers le sol les moteurs reprirent vie. Le même incident se reproduisit au cours des vols suivants, un des essais se terminant par un atterrissage de fortune sur la pelouse d’un golf voisin. Il fallut un certain temps pour découvrir qu’un nouveau type de carburateur avait été installé sur les Cyclone de façon incorrecte par le motoriste! Retournés à 180° ils donnèrent toute satisfaction.
Inévitablement le DC-1 pesait plus lourd que prévu et ses performances en souffraient. On supprima donc les plans reliant le fuselage aux capots-moteurs, qui n’apportaient rien, et l'adoption d'hélices à pas variable permirent d'approcher les performances requises. Après avoir satisfait aux essais sur un seul moteur, comprenant un décollage de Winslow, en Arizona à 1 485 m d’altitude suivi du survol d’un col à 2 440 m pour rejoindre Albuquerque, le prototype fut officiellement livré à TWA le 13 septembre 1933. Il ne fut en fait mis à la disposition de la compagnie aérienne qu'à la fin de l’année, les essais n’étant pas terminés et l’aménagement intérieur non installé.
Pratt & Whitney n’ayant pas renoncé à voir ses moteurs installés sur la cellule, les Wright Cyclone furent déposés en octobre et remplacés par des Pratt & Whitney R-1690SD-G Hornet de 700 ch pour une courte série d’essais qui ne donna pas satisfaction. Le prototype retrouva donc rapidement ses Wright Cyclone, même si la désignation DC-1A fut attribuée à la cellule avec des Pratt & Whitney.
C'est probablement pour gagner du poids que Douglas avait volontairement omis d'installer sur le prototype un dispositif de verrouillage mécanique du train d’atterrissage en position sortie. Après un atterrissage train rentré au cours d’un des premiers essais-constructeur en raison d’un manque de communications entre l’équipage, le X223Y fut victime de deux affaissements de train au cours de présentations publiques, les 18 décembre 1933 et 11 février 1934.
TWA ayant confirmé une commande de 20 exemplaires incorporant assez de modifications de détail pour justifier un changement de désignation, il devint rapidement évident que le DC-1 ne dépasserait pas le stade prototype. Il n'obtint donc jamais une certification complète, mais il devait participer au programme de développement de l’appareil et donc pouvoir transporter des passagers. Le CAB lui attribua donc le 8 novembre 1933 une licence dite de « Catégorie 2 » sous le numéro 2-460, certification couvrant les deux motorisations. Au cours d’essais commerciaux menés par TWA sous couvert de cette licence, l’appareil recevait l’immatriculation NC223Y.
Essais achevés le DC-1 devint une machine de raid, enlevant au Boeing 247 ce qui lui restait de prestige. Protestant contre l’annulation des contrats de transport de poste, Jack Frye (TWA) et Eddie Rickenbacker (Eastern A/L) se partagèrent les commandes du prototype pour effectuer le dernier vol postal confié à un opérateur privé, le 19 février 1934. Ils effectuent la liaison Glendale-Newark avec deux escales seulement en 13 heures 2 minutes, établissant un nouveau record transcontinental. L’année suivante TWA mit le DC-1 à la disposition de la National Aeronautic Association pour une série de records internationaux. L’avion fut remotorisé avec des Wright Cyclone F-25 de 875 ch et 2 100 US gallons de carburant furent ajoutés dans des outres de fuselage, entrainant la suppression de l’aménagement commercial et de la plupart des hublots, tandis que le poids total en charge passait à 12 910 kg. Ces modifications furent effectuées à Clover Field. Au cours de son convoyage vers la côte est pour les tentatives de record envisagées l’avion porta le record transcontinental Los Angeles-New York à 11 heures 5 minutes le 30 avril 1935. Parmi les 8 records internationaux et 11 records nationaux que devait s’attribuer l’appareil dans les semaines qui suivirent on relève celui de vitesse (272 km/h) avec 1 000 kg de charge sur 5 000 km.
Finalement TWA vendit le DC-1 en janvier 1936 à Howard Hughes qui fit ajouter de nouveaux réservoirs supplémentaires en vue de vols de plus de 9600 km pour une tentative autour du monde. Ayant rapidement perdu tout intérêt pour le DC-1, il vendit finalement l’avion au Vicomte Forbes le 27 mai 1938. Ce noble anglais envisageait un vol transatlantique en compagnie de H.T. « Dick » Merrill et l’avion fut modifié pour recevoir la voilure d’un DC-2 d’Eastern (c/n 1292). Ce projet abandonné l’avion fut transporté par voie maritime en Grande-Bretagne, immatriculé G-AFIF et utilisé durant la Crise de Munich pour transporter des journalistes vers le continent. L’appareil ne devait en fait figurer que trois mois sur le registre civil britannique avant d’être revendu à la Société Française des Transports Aériens qui le remit immédiatement au Gouvernement de la Seconde République espagnole. Devenu EC-AGJ, il servit sous les couleurs de LAPE. Certainement utilisé pour des missions de reconnaissance et de transport durant la Guerre Civile, il assura en mars 1939 le transport des délégués républicains négociant la fin de la guerre puis l’évacuation des leaders républicains vers la France. Devenu EC-AAE en 1940 et utilisé pour le transport de passagers par SATA, il fut rebaptisé « Manuel Negron ». En décembre 1940 alors qu’il effectuait la liaison régulière Séville-Malaga-Tétouan le DC-1 fut victime d’une panne de moteur au décollage à Malaga. Le pilote ne peut qu’effectuer un atterrissage d’urgence, sans dommages pour les occupants de l’avion, mais fatal pour la cellule, qui fut finalement ferraillé sur place.