Первый опытный самолет был оснащен 710- сильным двигателем Накадзима "Хикари"-1 и был готов в декабре 1937 г, а в первый полет он поднялся месяцем позже. Во время заводских испытаний стала ясна недостаточная мощность силовой установки - характеристики были ниже желаемых. Управляемость в целом была хорошей, но проявился и ряд недостатков: самолет был неустойчив при широких виражах на больших скоростях, а при резком маневрировании норовил сорваться в штопор. Кроме того, увеличение требуемой скорости пикирования с 360 до 430 км/ч привело к опасной тряске тормозных щитков. В результате второй опытный самолет был серьезно переработан. Размах крыла был увеличен с 14,1 м до 14,5 м, а площадь с 33 м² до 35 м², взлетный вес возрос на 200 кг, тормозные щитки были усилены и увеличены, был изменен и профиль консолей крыла. Недостаток мощности был решен установкой 14- цилиндровогод вигателя Мицубиси "Кенсей"-3 мощностью 840 л.с.
Сравнительные испытания Айчи D3A1 и Накадзимы D3N1 были организованы в Касумигауре.
В них самолет Айчи показал свое полное превосходство. В результате "Айчи Токей Денки К.К." получила контракт на серийное производство. В марте 1939 началось изготовление установочной партии из шести машин. Кроме установки на них 1000-сильного двигателя Мицубиси "Кенсей"-43, были внесены изменения в конструкцию: длина самолета увеличилась с 9,86 м до 10,195 м, вес пустого возрос с 2050 кг до 2408 кг, взлетный - с 3400 кг до 3650 кг, а размах сократился с 14,5 до 14,365 м, площадь крыла - с 35 кв.м до 34,9 м². Наиболее заметным изменением стало введение большого гребня перед килем. В результате всех этих изменений характеристики D3A1 заметно улучшились, а маневренность стала выдающейся. Эта особенность позже, в первый год войны, использовалась японскими пилотами - после сброса бомб они отлично уворачивались от истребителей союзников.
Вслед за войсковыми испытаниями самолет в декабре 1939 г был запущен в серию под обозначением "палубный бомбардировщик, морской тип 99, модель И". Самолет выпускался на заводе Айчи в Фунатаке к югу от Нагойи до августа 1942 г.
В 1940 г D3A1 прошел испытания на авианосцах "Акаги" и "Kara" и поступил в 12-й и 14-й смешанные корпуса морской авиации, расквартированные в Китае у Хакова, откуда самолеты совершали полеты на поддержку армейских частей. С сентября 1940 г их прикрывали только что поступившие на вооружение А6М2. Одновременно 14-й корпус был переброшен в Индо-Китай для налетов на районы Куминга и Сянгуна. За время боев в Китае экипажи D3A1 досконально изучили свои машины, и когда самолеты были распределены среди авианосцев, подготовка летного персонала была выше всяких похвал.
Не менее впечатляющих успехов после Перл- Харбора достигли японцы в походе эскадры адмирала Нагумо в Индийском океане. 26 марта "Акаги", "Сорю", "Хирю", "Секаку" и "Зуйкаку" направились к восточному побережью Цейлона навстречу британскому Восточному флоту, состоящему из пяти линкоров, трех авианосцев, 15 эсминцев и пяти подлодок. 5 апреля 36 D3A1 и 53 B5N2 поднялись с авианосцев для удара по Коломбо, где потопили два боевых корабля и один транспорт. Однако 48 кораблей и судов, включая крейсера "Дорсетшир" и "Корнуэлл", успели выйти в море и избежать тем самым удара. Но удача недолго сопутствовала этим двум крейсерам - японцы обнаружили их в тот же день. 80 пикировщиков D3A1, ведомых капитан-лейтенантом Такасиге Егуса, были подняты с авианосцев и атаковали английские крейсера. Японские летчики показали все свое мастерство, уложив в цель свыше 80% своих бомб - крейсера затонули уже через 19 минут после начала атаки. Через четыре дня история повторилась. 80 бомбардировщиков D3A1, получивших уже к тому времени у союзников прозвище "Вэл", потопили авианосец "Гермес" и эсминец "Вампир", в то время когда 125 других японских палубных самолетов бомбили военно-морскую базу в Тринкомале.
В конце января 1942 г штаб флота принял решение продолжить движение на юго-восток - на Соломоновы острова и на юг Новой Гвинеи. Главной целью наступления было усилить давление на северо-восток Австралии и отрезать ее тем самым от союзников. В исполнение этих решений, начиная с 24 февраля 1942 г, береговые бомбардировщики 25-й сентай приступили к налетам на Порт-Морсби, а японские десантники высадились на Лае и Саламауа, где были созданы мощные базы.
Продвижение японцев превосходило самые радужные планы имперского штаба, а бомбардировщики, не испытывая особого противодействия истребителей союзников, достигли большого успеха. С достижением своей главной цели - захвата голландской Ост-Индии и Малайи - японцы надеялись, что союзники пойдут на переговоры, но не получив удовлетворяющих их предложений, Япония стала готовиться к отражению возможных атак противника. Для усиления своих оборонительных позиций японцы решили начать наступление на Порт-Морсби.
С окончанием кампании в Индийском океане в середине апреля авианосцы "Секоку" и "Зуйкаку" были направлены в район Соломоновых островов, присоединившись там к легкому авианосцу "Сохо", чтобы обеспечить воздушное прикрытие наступления на Морсби. Однако японцам предстояло столкнуться с флотом союзников, ударной силой которых были авианосцы "Йорктаун" и "Лексингтон". С 7 по 8 мая 1942 г разгорелось ожесточенное сражение в Коралловом море, где ни японцы, ни американцы не смогли одержать бесспорной победы. Американский флот потерял авианосец "Лексингтон", танкер "Нешо" и эсминец "Симс", а японцы - авианосец "Сохо". Во время этого сражения эффективность действий "Вэлов" и "Кейтов" была значительно снижена благодаря противодействию истребителей F4F "Уайлдкэт", но тем не менее японцы сумели достигнуть большого ч"*- ла попаданий в корабли американцев.
Вскоре упор был сделан на береговое базирование, и большинство поступавших "Вэлов" и "Кейтов" шло на оснащение береговых частей. 8 августа ударом бомбардировщиков 4-го корпуса по береговым объектам американцев началось сражение за Гвадалканал, и вскоре к ним присоединились бомбардировщики других частей. Встретив жесткое противодействие палубных "Уайлдкэтов", они понесли тяжелые потери. Причем наибольшие потери несли пикировщики D3A1, хотя и по другим причинам - их дальности полета не хватало для того, чтобы преодолеть 2000 км от Рабаула до цели и обратно. В течение двух дней были потеряны 18 D3A1 - большинство из них упало в море. С завершением строительства в сентябре нового аэродрома в Буине, на юге Бугаинвилля, Гвадалканал оказался в пределах досягаемости "Вэлов". Однако ситуация для японцев была тяжелая - им противостояли американские истребители с аэродрома Хендерсона. Будучи легко поражаемыми из-за непротектированных топливных баков, японские самолеты становились жертвами скоростных атак с пикирования, которым отдавали предпочтение пилоты союзников.
Тяжелые потери японцы понесли 26 октября 1942 г в битве у Санта-Круз, но 20 D3A1, ведомых капитан- лейтенантом Секи, успешно атаковали авианосец "Хорнет". Самолет Секи, подбитый на пикировании, врезался в палубу авианосца, после чего последний потерял боеспособность и был поражен тремя бомбами с "Вэлов" и двумя торпедами от "Кейтов". Окончательно "Хорнет" был добит 18 D3A1 и девятью B5N. Другой американский авианосец - "Энтерпрайз" чувствовал себя "лучше" - в него попали три бомбы двадцатки "Вэлов" с авианосца "Секаку". Но потопление японского легкого авианосца "Рюе" и повреждение "Секаку", а также неудачное наступление японских сухопутных войск на Гвадалканал, заставили адмирала Нагумо отойти, не добив "Энтерпрайз". Потери японской палубной авиации оказались бессмысленными - 7 февраля 1943 г союзники окончательно заняли Г вадалканал.
