Prototyp został oblatany 10 lutego 1936 roku w Turynie przez Enrico Rolandiego, pilota doświadczalnego wytwórni Fiat. Został wówczas okrzyknięty szczytowym osiągnięciem włoskiej inżynierii, po szczegółowych testach wszedł na uzbrojenie włoskiego lotnictwa. Pierwsze seryjne egzemplarze dostarczono włoskiej armii już w 1936 roku. Dwa egzemplarze dostarczono do Trypolisu w celu przetestowania w warunkach tropikalnych. Badania wypadły niepomyślnie, chłodzone powietrzem silniki przegrzewały uniemożliwiając normalną eksploatację. W trakcie eksploatacji ujawniły się wady konstrukcyjne związane z montażem silników, generowane przez nie drgania przenosiły się na płatowiec. Ponadto chłodzenie silników zawodziło nie tylko w warunkach tropikalnych, problemy pojawiły się również w maszynach eksploatowanych na terenie Włoch. Badania przeprowadzone w zakładach Fiata wykazały, że do konstrukcji silników użyto niewłaściwych materiałów. Jednostki włoskiego lotnictwa, posiadające na wyposażeniu BR.20, wskazywały również na słabość uzbrojenia obronnego samolotu. Około stu samolotów wersji BR.20, wyprodukowanych w latach 1936–1938, poddano przebudowom podczas których usunięto usterki i modyfikacjom polegającym m.in.