Опыт первых месяцев боев в Испании показал, что составляющие основу бомбардировочной группы «Легиона Кондор» тихоходные Ju 52/3m могут успешно действовать лишь в условиях полного отсутствия воздушного противника. С появлением в Испании советских истребителей И-15 и И-16 бомбардировщики начали нести ощутимые потери. Требовалось как можно быстрее направить для «обкатки» в боевых условиях современные скоростные бомбардировщики. В январе 1937 г. в составе «Легиона Кондор» сформировали опытный отряд VB/88 под командованием гауптмана Рудольфа Фрейгерра фон Моро (Rudolf Freiherr von Moreau). Наряду с самолетами Не 111 и Ju 86 в его состав включили пять Do 17Е-1. Кроме того, весной 1937 г. в Испанию направили один отряд группы Aufkl.Gr.(F)/122, располагавший 15 разведчиками Do 17F-1.
Отряд VB/88 дебютировал 31 марта 1937 г. налетом на Харинто, что в 40 км от Бильбао. А18 апреля была понесена первая потеря — Do 17Е обер-лейтенанта Ганса Соботки (Hans Sobotka) был сбит истребителем И-15. В последующие дни Do 17Е бомбили Сантандер и дважды участвовали в налете на Гернику. Боевой опыт показал, что скорость не стала панацеей от атак новых истребителей противника. При налете на Мадрид 8 июня югославский пилот Петрович сбил очередной Do 17Е.
6 июля 1937 г. «Легион Кондор» передислоцировали на юг в связи с угрозой контрнаступления республиканцев на фронте под Брунете. В тот период отряд VB/88 реорганизовали в обычное строевое подразделение группы К/88 и полностью перевооружили на Не 111 В. Три остававшихся в строю Do 17Е передали в разведгруппу А/88, а 7 июля она получила еще 12 Do 17Е и F. Несмотря на формальную принадлежность к разведывательной части, самолеты интенсивно привлекали к бомбежкам. Действуя в районе Брунете, «Дорнье» бомбили Вальдемувильйо и Виллануэва де Камба. Звено из трех самолетов было выделено для действий на северном фронте между Бильбао и Хихоном. В течение августа-октября на север передислоцировали всю группу А/88, а после установления франкистами контроля над побережьем ее реорганизовали, вместо отрядов разделив на 5 звеньев, 4 из которых летали на Do 17.
В последующие несколько месяцев «Дорнье» ничем особым не отличились. Лишь в начале февраля 1938 г. отмечено их участие в битве за Теруэль, в ходе которой 5 февраля получил серьезные повреждения самолет гауптмана Герндта (Gerndt). В марте Do 17 «Легиона Кондор» участвовали в тяжелых боях, поддерживая франкистское наступление в Арагоне. Экипажам приходилось совершать по 2–3 вылета в день. Долгое время удавалось избегать потерь, но 7 апреля в окрестностях Кубельса был сбит самолет л-та Макса Кендела (Max Kendel).
Во второй половине апреля группа А/88 сыграла важную роль в наступлении националистов на побережье Средиземного моря. «Дорнье» летали на разведку и бомбардировку баз снабжения и коммуникаций в районе Валенсии, действовали также по целям в районах Бунюэль-Тудела, Сарагосы и Апькакниц. Летом они принимали участие в битве на р. Эбро. Не обходилось без потерь — два Do 17 были сбиты во второй половине июня, а еще один — 5 августа.
В августе часть Do 17Е и F передали франкистам, которые укомплектовали ими группу 8-G-27. Экипажи были смешанными испано-немецкими. Сами испанцы прозвали Do 17 Bacalao (треска). Осенью в Испанию поступили 10 новых разведчиков Do 17Р-1, существенно превосходивших по своим характеристикам прежние модификации. Но в группе А/88 они побывали лишь «транзитом» и, видимо, сразу же были переданы испанцам — по состоянию на 30 ноября в ней числилось пять Do 17 (включая один неисправный) и только старых модификаций Е и F. Группа 8-G-27 к тому времени располагала 14 Do 17.
В декабре 1938 г. «Дорнье» групп А/88 и 8-G-27 обеспечивали подготовку и проведение Каталонской операции — последнего крупного наступления франкистов. В январе 1939 г. сократившаяся до одного звена группа А/88 базировалась в Сабаделле северо-западнее Барселоны. По состоянию на 15 февраля в ней насчитывалось по два Do 17Е и Do 17F. Вскоре и эти машины передали испанцам. К моменту окончания гражданской войны группа 8-G-27 располагала 13 самолетами Do 17 разных модификаций. В составе ВВС Испании они эксплуатировались в течение еще нескольких лет.
Опыт применения Do 17 в Испании показал, что машина являлась неплохим дальним разведчиком, а в роли бомбардировщика ее заметно превосходил Не 111. Наиболее существенными недостатками Do 17, вскрывшимися в ходе боев, стали слабость его оборонительного вооружения и малая бомбовая нагрузка.
| Часть | Место дислокации | Количество с-тов, общее /исправных | Тип с-тов |
| Главнокомандование люфтваффе | |||
| 3.(F)/Ob.d.L. | Альтес Лагео | 9 | Do 17 |
| 1 — й воздушный флот | |||
| 1. и 3.(F)/121 | Старгард | 24/17 | Do 17P/F |
| 1 — я авиационная дивизия | |||
| 2.(F)/121 | Шенфельд | 11/10 | Do 17P/F |
| штабные отряды II, III/ St.G 2. IV(St)/LG 1 | Стольп, Аннафельд | 9/9 | |
