В 1938 году шесть Hs 126А-1 напра­вили в Испанию, в 88-й отряд легиона «Кондор». Самолеты хорошо показали себя в роли разведчиков и легких бомбардировщиков. После окончания гражданской войны пять уцелевших машин остались в Испании, еще 16 самолетов поставили Греции.

К сентябрю 1939 года постройка Hs 126 шла полным ходом, к тому времени был готов и Hs 126В-1, оснащенный звездообразным Fafnir 323, имевший лучшие характеристики и более со­временное оборудование, включая радиостанцию FuG 17. В польской кампании в сентябре 1939 года приняли участие 13 разведывательных эскадрилий с Hs 126, которые решали задачи самолетов связи, наблюдения и разведки поля боя,арткорректировки и легких бомбардировщиков.

Hs 126 в конце 1939 года выпол­нили многочисленные разведыва­тельные полеты в районе линии Мажино, но к июню 1940 года они уже стали легкой добычей для истребителей противника. Темп выпуска Hs 126 стал снижаться, задачу разведки поля боя решили возложить на Fw 189. Последний Hs 126 передали заказчику в январе 1941 года. Однако до поступления Fw 189 надо было решать боевые задачи, поэтому Hs 126 без дела не стоял: 2-я эскадрилья ближней разведки 14-й разведывательной авиагруппы находилась в Северной Африке, а остальные эскадрильи Hs 126 — на Восточном фронте.

Последние с весны 1942 года стали переоснащаться на новые машины, а Hs 126 поручались второстепенные задачи. С осени 1942 года Hs 126 стали использоваться для «беспокоящих» ночных налетов — две специально созданные для этого ночные штурмовые авиагруппы воевали на Балканах почти до самого окончания войны.