Le seul survivant connu est le N1854, qui était le premier exemplaire du Fulmar version Mk I. Il est actuellement exposé au Fleet Air Arm Museum de Yeovilton (Comté de Somerset, GB) .
La première escadrille à être équipée de Fulmar fut le No. 806 Squadron FAA en juillet 1940 et commença à opérer à partir du HMS Illustrious peu de temps après. Le Fulmar ne correspondait pas au style des chasseurs terrestre, la Royal Navy ayant spécifié qu'elle voulait un chasseur biplace pour intégrer un navigateur. De ce fait, le Fulmar était beaucoup trop grand et trop lourd par rapport à ses adversaires monoplaces rencontrés durant la Campagne de Méditerranée. Pourtant, sa grande autonomie fut bien utile en certaines occasions telles que la « chasse » menée en 1941 au Bismarck, où les Fulmars furent utilisés comme éclaireurs pour traquer la fuite du cuirassé allemand et donner des renseignements cruciaux aux Fairey Swordfish du HMS Ark Royal pour le torpillage final.
Le Fulmar passa son baptême du feu à Malte en septembre 1940, où lors de patrouille de protection de convoi, il réussit à s'adjuger des victoires sur des adversaires italiens et allemands moins performants. Durant cet automne, les Fulmars s'octroyèrent dix bombardiers italiens et six chasseurs ennemis, et assurèrent la couverture des Fairey Swordfish au-dessus de Tarante (Italie) pendant l'Opération Judgement. En 1942, le Fulmar fut remplacé petit à petit par des chasseurs monoplaces adaptés à partir des chasseurs terrestres existants tels que le Supermarine Seafire britannique ou le Grumman Martlet américain, mais aussi par des Fairey Firefly.
Il servit aussi de nuit pour la protection des convois maritimes, pour des intrusions d'espaces aériens mais aussi comme avions d'entrainement pour les futurs équipages du Fairey Barracuda. En outre, le Fulmar se révélait agréable à piloter, son large châssis rendant son comportement stable sur un pont d'envol, et avait une grande autonomie. Du fait de sa grande capacité d'emport de carburant, les Fulmars retirés de leur rôle de chasseur furent brillamment utilisés comme avion de reconnaissance à grande rayon d'action.
Un bon nombre des As de la Fleet Air Arm (FAA) ont alimenté une partie de leur tableau de chasse sur un Fulmar. C'est le cas par exemple, du sous-lieutenant S.G. Orr, qui finira la guerre avec un tableau de 12 victoires confirmées, établissant ainsi le troisième plus haut score de la FAA.
A noter, que le Fulmar opéra aussi à partir de CAM ship (CAM pour Catapult Aircraft Merchantman), qui étaient des navires cargos modifiés pour pouvoir lancer des avions de défense à partir de catapulte.
A une époque, au moins 20 escadrilles de la FAA furent dotées de Fulmar, opérant à partir de huit porte-avions et cinq porte-avions d'escorte différents. Le Squadron No. 273 de la Royal Air Force (RAF) l'utilisa même pendant un certain temps (mais si le personnel était principalement de la FAA). Les Fulmar détruisirent près de 112 appareils ennemis, ce qui en fit le modèle d'appareil le plus titré (en termes de victoires) de la Fleet Air Arm durant la Seconde Guerre mondiale.
Le Fulmar finit sa carrière le 8 février 1945 quand un chasseur de nuit Fulmar Mk II du 813 squadron percuta à l'atterrissage la barrière de sécurité du HMS Campania. Cet accident lui valut sa radiation du service opérationnel. Approximativement 100 Fulmars furent convertis en chasseur de nuit, mais avec un succès opérationnel limité.
Le France de Vichy captura quelques exemplaires du Fulmar Mk II durant la guerre. Ceux-ci furent utilisés à des fins de propagande et d'évaluation, pour être plus tard repris par les Allemands.