Боевая карьера Bf.109D-1 оказалась короткой, как и его производство, хотя до снятия с вооружения в конце 1940 г самолет побывал в довольно большом числе частей. Bf.109D-1 поступил на вооружение 1-ой группы JG 131 в Йесау весной 1938 г. В течение года с формированием командования истребительных групп ее переименовали в I/JG 130, а с созданием весной 1939 г воздушных флотов - в I/JG 1. До начала польской компании эта группа сменила свои Bf.109D на Bf.109E. Hедолго Bf.109D-1 служили в I/ZG 1 (бывшей 1-й группы 141-й эскадры тяжелых истребителей) в Ютербог-Дамме. Весной и летом 1939 г их заменили на Bf 110. Дольше истребитель служил в 2-й и 26-й эскадрах "охотников".
I/ZG 2 (бывшая I/JG 231) была перевооружена с Bf.109B на Bf.109D-1 весной 1939 г. Это оказалась единственная часть, использовавшая истребители данного типа в польской компании, правда, под обозначением J.Gr.102. В этой компании J.Gr.102 (или I/ZG 2) располагалась в Гросс-Штейн, к югу от Оппельна в Верхней Силезии.
   Группа находилась в подчинении воздушного командования специальных операций во главе с Вольфрамом фон Рихтгофеном. Bf.109D-1 из этой группы должны были прикрывать Ju 87B из I и II/St.G.77 и Hs 123A из II(Shl.)/LG 2, но, так как противодействие со стороны польских истребителей было слабым, истребители использовались для штурмовок наземных целей. С завершением польской компании Bf.109D-1 были сменены на Bf 110. При этом было восстановлено название группы I/ZG 2. ZG 26 "Хорст Вессель" (бывшая 142-я эскадра тяжелых истребителей) с тремя группами в Дортмунде, Верле и Липпштадте почти полностью была вооружена Bf.109. Истребители Bf.109D-1 были в одной из эскадрилий 1-ой группы (остальные были вооружены Bf.109B и Bf.109C, как и вся 3-я группа) и во всех трех эскадрильях 2-й группы. Hо в польской компании эта эскадра практически не участвовала, а до конца года была перевооружена на Bf 110C-1.
В течение первых недель боев была срочно сформирована 2-я группа 52-й истребительной эскадры, получившая Bf.109D-1 из I/ZG 1 вскоре после перевооружения на Bf.109E. Hесмотря на снятие истребителей серии D с вооружения истребительных эскадр и эскадр "охотников", боевая карьера самолета на этом не закончилась.
   Летом 1939 была сформирована эскадрилья ночных истребителей 10.(Nacht)/JG 26, предназначенная для выработки тактики ночного перехвата. Первоначально это подразделение было вооружено Ar 68 и Bf.109B, а позже получило Bf.109C. К концу августа 1939 г была сформирована вторая такая эскадрилья 10.(Nacht)/JG 2, получившая Bf.109C. В ноябре 1939 г 10.(Nacht)/JG 26 была перебазирована в Йегер, в Восточном Фризланде. Там она вошла в состав истребительной авиации области Гелиголанд Бигхт под командованием Карла Шумахера. В состав этих сил входили Bf.109E из II/JG 77, Bf.109C из II/JG 186 (которая действовала в составе 77-й эскадры в качестве третей группы), Bf.109B и Bf.109E из II/ZG 1, Bf 110C из I/ZG 76 - все это, так называемая, эскадра "Шумахер". До конца года 10.(Nacht)/JG 2 была дополнена 11.(Nacht)/JG 2 с Bf.109D-1. Эти две эскадрильи были сведены в IV/JG 2 и в феврале 1940 г были переведены в область Гелиголанд Бигхт. Там группа получила третью эскадрилью - 10.(Nacht)/JG 26 (к тому времени перевооруженную на Bf.109D-1). Bf.109D-1 использовались в ПВО северной Германии до середины 1940 г, после чего они окончательно были сняты с вооружения.
   В ряде аспектов Bf.109D был отличным боевым самолетом, и эти качества в основном перешли к Bf.109E, выпускавшимся в большом количестве. Всего было выпущено меньше 200 истребителей с двигателями DB 600. Три Bf.109D-1 вместе с тремя Hе 112В-1 были представлены для выбора венгерским ВВС, которые заказали 40 Bf.109E, но этот контракт так и не состоялся.
Тактико-технические характеристики Bf.109D:
Год принятия на вооружение - 1938
Размах крыла - 9,85 м
Длина - 8,55 м
Высота - 2,45 м
Площадь крыла - 16,40 кв.м
Масса, кг
- пустого самолета - 1800
- нормальная взлетная - 2425
Тип двигателя - 1 ПД Daimler-Benz DB 600Aa
Мощность - 986 л.с.
Максимальная скорость , км/ч
- на высоте - 570
- у земли - 475
Практическая дальность - 560 км
Максимальная скороподъемность - 912 м/мин
Практический потолок - 10000 м
Экипаж - 1 чел
Вооружение: 1 20-мм пушка MG FF/M со 160 снарядами на ствол и 2 7,9-мм пулемета MG 17 с 500 патронами на ствол.