Le seul survivant des P.11c est exposé au Musée de l’Aviation Polonaise de Cracovie.
Lors du déclenchement de la Seconde Guerre mondiale, le 1er septembre 1939, l'aviation polonaise disposait de 109 PZL P.11c, 20 P.11a et 30 P.7a dans des unités combattantes. De plus, 43 avions P.11c étaient en réserve ou en cours de réparation. Seul un tiers des P.11c étaient armés de quatre mitrailleuses, le reste n'en comptait que deux, encore moins avaient une radio. Le P.11 ont été utilisés dans 12 escadrons, chacun avec 10 avions (deux escadrons constituaient un groupe, en polonais : dywizjon). Deux groupes - quatre escadrons - la Brigade Pursuit ont été déployés autour de Varsovie, les autres étant affectés aux armées. Tous ont pris part à la défense pendant l'invasion de la Pologne. Outre les unités de combat, plusieurs avions P.11, y compris un prototype P.11g, ont été utilisés dans des unités improvisés dans les bases aériennes.
Le 1er septembre 1939, les escadrons de chasse avait été affecté à des aérodromes distants, de sorte qu'ils n'ont pas été bombardé par les Allemands. Au cours de la campagne de Pologne, le P.11 a combattu contre des bombardiers et chasseurs allemands plus modernes. Non seulement les Messerschmitt Bf 109 et Bf 110 allemands étaient plus rapides et mieux armés, mais aussi la plupart des bombardiers allemands étaient plus rapides. Étant donné que les chasseurs P.11 avait eu des années d'utilisation intensive avant la guerre, leur vitesse maximale était encore plus faible que leurs 375 km/h théoriques. Les P.11a étaient dans un état encore pire. Une autre insuffisance grave était leur petit nombre, ce qui signifiait que les missions impliquant des groupes supérieurs à environ 20 avions ont rarement été entreprise et machines de réserve étaient pratiquement inutilisable.
D'autre part, l'avion de chasse polonais avait une meilleure manœuvrabilité et en raison de sa conception, offrait une bien meilleure visibilité du cockpit que l'avion allemand. Le P.11 avait une construction solide, bon taux de montée et pourrait opérer à partir de terrains courts, même sans revêtement. Il était également été d'une construction très solide et pouvait piquer jusqu'à 600 km/h sans risque d'arrachement des ailes. Théoriquement, la seule limite à ses manœuvres était la capacité du pilote à supporter des facteurs de charge très élevés. Malgré la supériorité allemande, les P.11 ont réussi à abattre un nombre considérable d'avions allemands, dont des chasseurs, mais ont aussi subi de lourdes pertes. Les chiffres exacts ne sont pas entièrement vérifiés. Un total de 285 avions allemands ont été perdus, selon les dossiers de la Luftwaffe, avec au moins 110 victoires au crédit du P.11 pour la perte d'environ 100 des leurs. Certains des avions allemands abattus ont été retrouvés plus tard et remis en service, ce qui a permis à la propagande allemande de clamer de moindres pertes au combat.
À l'aube du 1er septembre, le capitaine Mieczysław Medwecki sur P.11c PZL a été abattu par le Rottenführer Leutnant Frank Neubert du I./StG 2 (Stuka), ayant le triste honneur de devenir le premier avion abattu de la Seconde Guerre mondiale. La première victoire aérienne des Alliés fut réalisée 20 minutes plus tard par un ailiers de Medwecki, Wladyslaw Gnys, qui a abattu deux Dornier Do 17 avec son P.11c. Le P.11c PZL est également le premier appareil à attaquer avec succès par abordage volontaire, un avion ennemi durant la Deuxième Guerre mondiale. La première grande bataille aérienne de la Seconde Guerre mondiale a eu lieu au petit matin le 1er septembre au dessus du village de Nieporęt (en), au nord de Varsovie, quand un groupe d'environ 70 bombardiers allemands composé de Heinkel He 111 et de Dornier Do 17 a été intercepté par quelque chasseurs, 20 P.11 et 10 P.7, et a dû abandonner sa mission sur Varsovie.
La plupart des P.11s ont été détruits en 1939, mais 36 ont été évacués en Roumanie et pris en charge par la force aérienne roumaine. En raison de leur obsolescence, ces anciens chasseurs n'ont pas été utilisés au combat, seul un petit nombre a été utilisé pour la formation tandis que les autres ont été démantelés pour pièces de rechange. Certains appareils ont été utilisés par les Allemands pour la formation. Deux PZL P.11 ont été capturés par l'Armée rouge et utilisés pour tests. Un a atterri en Hongrie (près de la ville de Hajdúböszörmény (en)) et a été utilisé comme remorqueur de planeurs par l'Université de Technologie de Budapest.