Après quelques modifications, la production en série est lancée à Saint-Nazaire (Loire-Atlantique) et le premier Vautour livré officiellement en mai 1956. La commande initiale de 300 exemplaires est finalement réduite à seulement 140 fin 1958. L'armée de l'air française réalise rapidement qu'elle n'a pas besoin du Vautour II A et, après les avoir utilisés pour l'entraînement de ses pilotes, les propose à l'export.
Une partie des Vautour II B français est modifiée pour être également capable d'effectuer des missions de reconnaissance (Vautour II BR) et une autre pour la guerre électronique (Vautour II GE). Une soixantaine d'avions sont révisés et modernisés entre 1967 et 1971. Les derniers Vautour sont retirés du service en décembre 1978, seuls quelques exemplaires restants utilisés pour le remorquage de cible ou des essais de radar.
En avril 1957, Israël achète 19 Vautour II A, 4 Vautour II N et 8 Vautour II B. Ces avions sont livrés entre août 1957 et mars 1959. Les Vautour israéliens subissent plusieurs modifications durant leur carrière dont en particulier l'adaptation d'un certain nombre d'entre eux à des missions de reconnaissance. Ils sont retirés du service en 1971 pour la plupart, certains restants utilisés encore quelques mois en 1972.
Malgré son allure massive, le Vautour était très manœuvrable et agréable à piloter. Sa fabrication mit en œuvre des techniques avancées pour l'époque : collage métallique et emploi de matériaux de type nid d'abeille. Son train d'atterrissage était un train monotrace composé de deux diabolos en tandem sous le fuselage et de deux roulettes dans les nacelles des réacteurs.