Maszyna V2 weszła do służby w liniach lotniczych Lufthansa w 1936 roku, wraz z nowo wybudowanymi samolotami oznaczonymi jako He 111C.
Trzeci prototyp V3 został zbudowany również jako bombowiec i został wyposażony w jedną dużą komorę bombową, dwie małe (znajdujące się u nasady skrzydeł) oraz w trzy karabiny maszynowe MG 15. Zwiększenie masy spowodowało spadek prędkości samolotu do 275 km/h.
Samolot He 111 V4 (Wk Nr 1968, o numerze rejestracyjnym D-AHAO) stanie się wzorcem dla samolotów He 111C (Wk Nr 1823-1833), z skrzydłami o rozpiętości 22,6 metra. Obie maszyny V4 oraz samolot A-AXAV (Wk Nr 1830) będą miały zainstalowane aparaty fotograficzne. Były one zamaskowane przez co samoloty wykonując przeloty dla Lufthansy jednocześnie były samolotami szpiegowskimi. Zostały utracone w wyniku katastrof w latach 1936–1937.