Les moteurs du Potez 630 se révélèrent si fragiles que la plupart des unités furent ré-équipées avec des Potez 631 avant le début de la seconde guerre mondiale. Ce dernier était inefficace comme intercepteur, plus lent que certains bombardiers allemands et 130 km/h plus lent que les Bf-109E, cependant il resta en service jusqu'à l'armistice.
Le Potez 633 connut le service opérationnel très brièvement avec l'Armée de l'Air quand des appareils de deux unités effectuèrent une sortie dans le secteur d'Arras le 20 mai 1940; deux jours plus tard les appareils furent retirés du front. Les Potez 633 exportés en Grèce et en Roumanie virent plus d'actions, en nombre limité. Les roumains les utilisèrent contre l'URSS et les grecs contre l'Italie. Un petit nombre de Potez 633 originellement destiné à la Chine furent réquisitionnés par l'administration coloniale française en Indochine et prirent part à la guerre franco-thaïlandaise au début de 1941.
Plus de 700 Potez 63.11 furent livrés avant juin 1940, parmi ceux-ci plus de 220 furent détruits ou abandonnés, en dépit de l'ajout d'une mitrailleuse supplémentaire; les plus lourdes pertes de tous les appareils français. Le Potez 63.11 continua à être utilisé par l'armée de l'air des forces de Vichy et les forces françaises libres en Afrique du Nord. La production repris sous contrôle allemande et un nombre significatif d'appareil fut utilisé par les allemands, pour la plupart comme avion de liaison ou d'entraînement.
Tous les appareils de cette famille (à l'exception peut-être du Potez 63.11) possédaient des caractéristiques de vol agréables. Ils étaient conçus pour une maintenance facile et les derniers modèles avaient même un armement lourd pour l'époque (jusqu'à 12 mitrailleuses légères pour le Potez 63.11). Bien que de conception légère, ils démontrèrent être capables d'absorber des dommages considérables. Malheureusement,la famille des Potez 63, comme beaucoup d'appareils français de cette époque, n'avaient tout simplement pas des moteurs assez puissants pour leur assurer des performances convenables. En condition de combat réelle, ils se révélèrent des proies faciles pour les Messerschmitts, tout comme leurs contemporains britanniques, le Fairey Battle et le Bristol Blenheim. Leur ressemblance avec les Bf 110 (bimoteur, empennage bi-dérive, long cockpit vitré) entraîna apparemment des pertes par des tirs amis.