Le Nord 2501 arriva trop tard dans l'armée française pour participer réellement à la guerre d'Indochine et ne fut utilisé que tardivement pour quelques opérations humanitaires. Il est par contre engagé pendant la guerre d'Algérie, la crise du canal de Suez, la crise de Bizerte, et lors de diverses opérations humanitaires en Afrique. Les Noratlas militaires sont même utilisés en mai 1968, en remplacement des avions civils cloués au sol par les grèves.
Les avions allemands participent également à plusieurs opérations humanitaires en Afrique ou en Turquie.
Le Portugal engage ses Noratlas en Angola et au Mozambique.
En Grèce, 15 Nord 2501 participent dans la nuit du 21 au 22 juillet 1974 à l'opération NIKI, visant à contrer le débarquement turc à Chypre du 20 juillet. Deux d'entre eux seront abattus en vol, deux autres détruits au sol.
Le 6 juillet 1952, le second prototype du Nord 2501 s'ecrase lors d'un meeting à l'Aéroport de Lyon-Bron, tuant 5 personnes (l'équipage et ses passagers) dont l'aviatrice Maryse Bastié. D'après Jacques Nœtinger l'appareil n'était pas en cause, la présentation ayant été faite à l'extrême limite de son domaine de vol.
Le 25 novembre 1977, un Nord 2501 Noratlas no 182 immatriculé F-RABR de l'escadron de transport 3/64 Bigorre de l'Armée de l'air française en provenance de la BAN Saint-Mandrier et à destination de la base aérienne 118 Mont-de-Marsan, s'écrase à Prémian (Hérault), tuant 28 marins et 4 aviateurs. À la suite de l'enquête, le pilote automatique est incriminé, entraînant la suppression de cet équipement sur l'ensemble de flotte de Noratlas.