Versions militaires
Dès 1934 l’US Navy réalisa que ses biplans Curtiss R4C-1 Condor ou trimoteurs JR et RR étaient dépassés. Entre novembre et décembre elle prit livraison de trois DC-2-125 qui furent désignés R2D-1 (BuNo.9620 à 9622). Deux DC-2-142 suivirent en septembre 1935, également désignés R2D-1. Ces avions furent réformés en août 1943, mais un exemplaire (BuNo.9993) devait poursuivre une carrière civile après la guerre. Il est aujourd'hui conservé dans un musée.
Alors que le DC-3 effectua son premier vol le 17 décembre 1935 et entra en service en juin suivant, l’usine de Santa Monica a produit jusqu’en septembre 1939 des DC-2 pour l’US Army Air Corps, principalement comme avion cargo. Ces appareils ont fait l'objet de plusieurs marchés, entrainant des désignations différentes, le leur standard tendit à se rapprocher progressivement du DC-3:
- Douglas C-32 : Le premier DC-2 de l’Air Corps n’était rien de plus qu’un classique DC-2 civil à moteur SGR-1820-F2. Portant la désignation constructeur DC-2-153, il reçut un équipement radio militaire, un astrodôme, et les Wright Cyclone furent rebaptisés R-1820-25 pour la circonstance. Doté du serial 36-1, il fut livré le 30 septembre 1935 comme XC-32, aménagé pour le transport de 16 passagers. Rapidement devenu simplement C-32, il fut affecté à l’Etat-major de l’USAAC. Sévèrement endommagé le 4 septembre 1942 à l’atterrissage à Spokane, il termina sa carrière comme cellule d’instruction dans une école de mécaniciens à Kansas City après 2 321 heures de vol.
- Douglas C-32A : Après l’attaque japonaise de Pearl Harbour l’armée américaine réquisitionna les DC-2 encore en service dans les compagnies aériennes, qui furent désignés C-32A. 24 serials furent attribués pour des besoins administratifs à ces DC-2 (42-53527/53532, 42-57154/57156, 42-57227/57228, 42-58071/58073, 42-61095/61096, 42-65577/65579, 42-68857/68858, 42-70863 et 44-83226/83227). On trouve parmi ces appareils les DC-2K achetés dès 1940 par la RAF.
- Douglas C-33 : 18 DC-2 furent commandés comme cargos militaire pour le transport de charges lourdes et/ou volumineuses. Motorisé avec deux R-1820-25, ce modèle (DC-2-145) se caractérisait par un plancher renforcé et l’apparition d’une porte à deux battants à l‘arrière gauche du fuselage. Au niveau de la porte cargo le plancher de cabine s’incurvait pour être horizontal lorsque l’avion était au sol et, en l’absence de chariots élévateurs et autres plateformes de manutention, le fret pouvait être chargé et déchargé à l’aide d’un treuil à chaine soutenu par un tripode s’appuyant sur le fuselage. Cette version se caractérise aussi par l'adoption d'une dérive similaire à celle du DC-3, alors en cours de développement, mais sans arête dorsale, ce qui lui valut parfois le surnom de « DC-3 1/2 ». Il s’agit pourtant typiquement d’un DC-2, la désignation constructeur ne laissant planer aucun doute. Portant les serials 36-70 à 87, les C-33 furent livrés entre septembre 1936 et janvier 1937.
- Douglas C-34 : Le 36-1 étant considéré initialement par l’Army comme prototype, bien que l’avion soit déjà certifié pour utilisation civile et en service dans la Navy, deux appareils d’essais opérationnels suivirent, désignés YC-34, toujours avec des R-1820-25. Ces appareils (DC-2-173) furent livrés en avril 1936 avec les serials 36-345/346 et affectés au transport de personnalités.
- Douglas C-38 : Le premier C-33 de série (Serial 36-70) fut conservé en usine par Douglas pour y subir des modifications importantes qui, selon certains auteurs, auraient du conduire à une version C-33A. Quoi qu’il en soit il conserva sa désignation constructeur et fut finalement livré en janvier 1938 comme C-38 avec un empennage de DC-3 et des moteurs Wright R-1820-45 de 930 ch à 2 200 t/min entrainant des hélices à vitesse constante. Cet appareil devait voler jusqu’en mars 1945.
- Douglas C-39 : Evolution du C-38 portant la désignation constructeur DC-2-243 et dont 37 exemplaires furent commandés sous la désignation C-39. Véritable hybride entre le DC-2 et le DC-3, cette ultime version du bimoteur conservait le fuselage étroit et les panneaux externes de voilure du DC-2 mais recevait l’empennage et la section centrale de voilure du DC-3, le tout associé à des moteurs Wright R-1820-55 développant 975 ch à 2 200 t/min. On retrouvait la même porte cargo que sur C-33 et de points d’ancrage permettant l’installation de 14 sièges légers. Les livraisons débutèrent en janvier 1939, l’Air Corps ne recevant finalement que 35 C-39 (sérial 38-499 à 501 et 38-504 à 535).
- Douglas C-42 : Une des cellules construites sous couvert de la commande des C-39 fut à nouveau conservée en usine pour modification. Celles-ci ne portaient pas sur la structure de l’appareil mais sur son aménagement, l’intérieur du fuselage étant capitonné et pourvu de confortables fauteuils pour le transport d’Etat-major. Devenu DC-2-267 chez le constructeur avec des moteurs R-1820-53 de 1 000 ch, il fut livré en mars 1939 (serial 38-503). Cédé en avril 1945 à Avensa, il fut racheté un an plus tard à la Marine Argentine et semble avoir volé jusqu’en 1960. Deux C-39 furent renvoyés par la suite à Santa Monica pour être réaménagés en C-42 (serial 38-513 et 528). Ils furent tous deux vendus au Venezuela en 1945.