Боевая деятельность Bf.110 началась в сентябре 1939 года, при нападении Германии на Польшу, где основными противниками люфтваффе стали откровенно устаревшие истребители PZL. В первом же бою Bf.11 °C без потерь сбили пять PZL P.11. В общей сложности в противостоянии с польскими ВВС немцы потеряли всего 12 Bf.110.
Гораздо сложнее пришлось тяжелому истребителю в боях над Западной Европой, где ему противостояли более современные машины и дал о себе знать недостаток маневренности в бою с одномоторными истребителями. Тем не менее самолет оказался достаточно эффективен в качестве перехватчика. Так, 18 декабря 1939 г. истребители люфтваффе в составе 32 Bf.109 и 16 Bf.110, вступив в бой с группой от 22 до 24 британских бомбардировщиков «Wellington», уничтожили 12 из них, причем 9 записали на свой счет экипажи Bf.110.
Со второй половины 1940 года самолеты начали переводить в части ночных перехватчиков. Обнаружение целей производилось либо с помощью бортового теплопеленгатора, либо систем наведения «Химмельбетт», использующих локаторы «Вюрцбург». Дальнейшим развитием концепции ночного истребителя стал Bf.110F-4. Вооружение было усилено до двух 30-мм пушек МК 108 в подфюзеляжном обтекателе, позже для борьбы с бомбардировщиками была применена установка «Schrage Musik», представлявшая собой пару пушек МК 108 под углом 15 градусов от вертикали за кабиной пилота. Во второй половине 1942 года Bf.110F-4а получил радиолокатор FuG 202 «Лихтенштейн», четыре антенны которого устанавливались в носовой части.
В 1942 году был начат выпуск Bf.110G, оснащенный двигателями DB-605B-1, мощностью 1475 л.с. С функциями ночного перехватчика «сто десятый» справился вполне успешно – потери тяжелой бомбардировочной авиации союзников стали настолько ощутимы, что в начале 1944 года британское командование было вынуждено на некоторое время отказаться от практики массированных ночных ударов по Германии.
Bf.110 выпускался до конца войны, всего было изготовлено более 6000 машин.
Недостатки Bf.110 – в первую очередь недостаточная маневренность и малый радиус действия – требовали создания многоцелевой машины нового поколения. Подобной призван был стать появившийся в конце 1939 года «Messerschmitt» Me.210. (В 1938 году решением совета директоров название фирмы было изменено на «Messerschmitt AG», а сам В. Мессершмитт стал председателем правления и управляющим директором.)
Самолет оказался откровенно недоработанным, однако благодаря приобретенному профессором В. Мессершмиттом влиянию среди ряда высших должностных лиц люфтваффе был принят к серийному производству. Однако претензии к характеристикам новой машины оказались столь существенными, что компания была вынуждена уже в 1942 году прекратить выпуск, а сам В. Мессершмитт по требованию Э. Мильха оставил пост председателя концерна и директора фирмы.
Появившейся после ряда доработок в январе 1942 года машине присвоили собственный индекс: Ме.410 «Hornisse» («Шершень»).
Самолет представлял собой двухмоторный цельнометаллический моноплан, оснащенный 1750 сильными двигателями DB-603A, которые обеспечивали скорость до 620 км/ч и дальность полета 1700 км, при этом взлетный вес машины достиг почти 10 тонн. Самолет имел характерную каплевидную форму передней части фюзеляжа с общим фонарем пилота и стрелка-радиста с выступающими за края кабины выпуклостями, обеспечивавшими великолепный обзор. В состав наступательного вооружения входили две 20-мм пушки MG 151/20 и два 7,92-мм пулемета MG 17, оборонительного – два дистанционно управляемых 13-мм пулемета. Кроме того, самолет имел внутренний бомбоотсек и способен был нести до 1000 кг бомбовой загрузки.