Самолет нес обычное для своего времени радиооборудование, в левой части фюзеляжа, на выдвижной раме размещался аккумулятор. В кабине пилота находился ручной огнетушитель.

Re.2000, строящиеся для итальянских ВВС в вариантах GA и Catapultabile относились к III серии. Отличия от предыдущих самолетов состояли в другом фонаре кабины, измененном составе радиооборудования, увеличенном после установки за креслом пилота стосемидесятилитрового бака, запасом топлива и узлом подвески для внешнего топливного бака или двухсоткилограммовой бомбы под центропланом. Также изменилась верхняя часть фюзеляжа за креслом пилота, откуда исчезло остекление, замененное подштамповками обшивки.

Летом 1939 года, после первых полетов истребителя Re.2000 Фалько I, итальянское министерство авиации обратилось к фирме Реджиане с предложением улучшить характеристики Re.2000 доработкой планера под более мощный рядный двигатель RA.1000RC-41/I, представлявший из себя производимый в Италии по лицензии А-образный 12-цилиндровый двигатель водяного охлаждения Даймлер-Бенц DB.601 А-1 мощностью 875 kW (1175 л.с.).

Шеф конструктор фирмы Реджиане инженер Лонги произвел доработки планера с целью снижения веса и переконструировал фюзеляж. Первый прототип Re.2001 с серийным номером ММ409 покинул цех 9 июня 1940 года и вскоре был успешно облетан.

Дальнейшая его судьба была вполне обычной: после облета прототип был передан ВВС, которые его интенсивно испытывали на авиабазе Гуидония. Из полетных характеристик радовала, прежде всего, максимальная скорость в 563 км/ч на высоте 5500 метров и прекрасная маневренность.

По требованию министерства авиации, конструкторское бюро работало также над вторым прототипом, отличавшимся от первого новым трехлонжеронным крылом и протектированными топливными баками. Позднее фирма доработала под этот стандарт и первый прототип ММ409. Также первоначальное остекление закабинной части фонаря кабины пилота (известное по I серии Re.2000) было заменено новым, таким как у самолетов III серии. Так же выглядел и второй прототип; у него первоначально убираемое хвостовое колесо было заменено на неубирающееся.

Модернизация электрической системы позволила производить запуск двигателя электростартером. В консолях крыла, вне ниш шасси были установлены два пулемета калибром 7,7-мм, как у некоторых Re.2000 III серии.

Тридцать первого октября 1940 года фирма Реджиане получила заказ на поставку двухсот Re.2001, также были выданы заказы на лицензионное производство двухсот самолетов фирме Бреда, ста машин фирме Капрони в Толедо и такого же количества самолетов заводу Капрони в Предаппио. В феврале 1941 года началась постройка десяти предсерийных машин (номера ММ8071 — ММ8080). Успешные испытания прервала катастрофа второго прототипа 14 марта 1941 года, унесшая жизнь пилота Пьетро Скапинелли.

Независимо от изготовления предсерийных машин шла сборка прототипа Re.2001bis, оснащенного совершенно новым крылом без выступающего блока радиаторов, теперь полностью вписанных в контур крыла. Воздух к ним подводился через воздухозаборники в передней кромке крыла. Этот прототип имел серийный номер ММ538. При его изготовлении были использованы фюзеляж и оперение первого прототипа ММ409. Испытания Re.2001bis проходили с лета 1941 до лета 1942 года при участии немецких специалистов. Была достигнута максимальная скорость 600 км/ч на высоте 6000 м. Однако решение о внедрении в производство не было принято, и на самолет установили первоначальное крыло. Опыт установки радиаторов в крыле позже был использован при проектировании истребителя Re.2006.

В мае 1941 года был готов первый предсерийный самолет. Первая серийная машина покинула сборочную линию в сентябре того же года. В июле 1941 года прорабатывался вариант заказа ста фюзеляжей Re.2001 для Швеции. Двигатели DB-601 в этом случае должны были поставляться прямо из Германии, но к реализации проекта дело не дошло. Длительная задержка с поставкой моторов DB-601 или лицензионных RA-1000RC-41/I привело к ликвидации заказов на фирмах Бреда и Капрони-Толедо, уменьшению заказов у фирмы Реджиане до ста и у фирмы Капрони-Предаппио до десяти самолетов.

Постоянные задержки поставок моторов DB-601/RA-1000 привело к тому, что январю 1942 года были готовы только 43 серийных и 10 предсерийных машин. Эта удручающая ситуация навела Министерство авиации на мысль установить на планер Re.2001 итальянский инвертный двенадцатицилиндровый двигатель воздушного охлаждения Изотта-Фраскини Дельта RC.16/ 48 мощностью 618kW (840 л.с.). Изготовление прототипа и серии в сто машин были заказаны фирме Капрони-Толедо вместо ранее заказанных Re.2001.

Первый полет прототипа Re.2001 Delta совершил полет 12 сентября 1942 года. Во время испытаний (проходивших на авиабазе Гуидония со 2 ноября) прототип достиг скорости 523 км/ч на высоте 5600 м и набрал высоту 3000 метров за 4 минуты 11 секунд, а 6000 м — за 10 минут 30 секунд. 27 января, во время испытаний на скороподъемность, на высоте 7800 м перегрелся и остановился двигатель, а при попытке повторного запуска он взорвался. Пилот Беретта спасся на парашюте, но самолет был полностью уничтожен. Позднее, Министерство авиации аннулировало заказ на Re.2001 Delta.

Уже в декабре 1941 года Министерство авиации приняло решение о переделке ста фюзеляжей Re.2001 для разных целей. Тридцать девять самолетов под обозначением Re.2001 CB (Caccia-Bombardiere — истребитель-бомбардировщик) получили под фюзеляж бомбодержатель для бомб массой 100, 160 или 250 кг; два фюзеляжа были облегчены для испытаний катапультных стартов с земли; 12 Re.2001 получили тормозные крюки и узлы крепления к катапульте для предполагавшейся эксплуатации с авианосцев «Аквила» и «Спарвьеро», первый из них к моменту капитуляции Италии находился в стадии достройки, но закончен не был. До закладки «Спарвьеро» дело вообще не дошло. Тут надо упомянуть о необычном способе увеличения ёмкости подпалубных ангаров этих кораблей — в корнях крыльев должны были быть установлены специальные крючья, за которые самолеты подвешивались к специальным тележкам на потолке ангара. Однако эта идея не дождалась своей реализации. Палубные самолеты несли обозначение Re.2001 OR. В апреле и июне 1942 года были заказаны две серии этих машин по пятьдесят штук каждая. Изготовление началось, но так как ввод авианосцев в строй непрерывно затягивался, все Re.2001 OR позднее были модифицированы до стандарта наземных машин и переданы для службы наземным подразделениям.