Постройка третьего прототипа Do 17d (Do 17V3) задерживалась из-за отсутствия двигателей. Весной 1935 г. рассматривались варианты использования вместо французских моторов германских двигателей BMW 116, Jumo L10, Sh 22С либо Sh 22D, но все они были отвергнуты из-за недостаточной мощности. Оставался только старый проверенный BMW VI. Одновременно пересмотрели и назначение Do 17V3 — из гражданского он превратился в прототип бомбардировщика. У него изменили носовую часть фюзеляжа, предусмотрев окна для бомбового прицела FL 260. Кроме того, исходя из опыта испытаний Do 17V1, на два шпангоута вперед сместили кабину стрелка-радиста и передний бомбоотсек.
Do 17V3 (W.Nr.258, D-ABIH) впервые поднялся в воздух 19 сентября 1935 г. Эта машина с двигателями BMW VI 7,3 получила полный комплект оборудования и вооружения, включая 20-мм пушку Borsig LB 204 в подвижной установке KLs/A 17. После цикла заводских испытаний самолет отправили в центр люфтваффе в Травемюнде для испытаний вооружения.
Чтобы компенсировать потерю первого прототипа, люфтваффе заказало еще одну опытную машину с двигателями BMW VI 7,3 (W.Nr. 686, D-AJUN), получившую обозначение Do 17V1Ers (ersatz — замещающий). На этом самолете место стрелка-радиста было сдвинуто вперед еще больше, а носовая часть фюзеляжа значительно отличалась от предыдущих машин: она стала короче и получила богатое остекление. (Аналогичную носовую часть сделали и на Do 17V2). Оборонительное вооружение состояло из 7,92-мм пулемета MG 15, установленного под обтекателем над сиденьем стрелка-радиста. При необходимости его можно было перенести вниз и вести огонь через вырез в полу кабины. Машину рассматривали как эталон серийного Do 17Е. Впервые ее облетали 13 июня 1936 г.
Положительные результаты испытаний первых прототипов позволили рейхсминистерству авиации заказать 11 предсерийных самолетов, получивших индексы Do 17V4 — V14. Поначалу предполагали, что 8 из них будут выполнены в гражданском варианте, но к тому времени «Люфтганза» признала полную непригодность самолета для перевозки пассажиров, и все предсерийные машины построили в военном исполнении. Некоторые из них имели удлиненные носовые части с фрагментарным остеклением, а некоторые — более короткие и почти полностью остекленные.
| W.Nr. | Гражданская регистрация | Первый полет | Примечания | |
| V4 | 654 | D-AGYA | 24.03.1936 | Испытывали с пушкой LB 204 |
| V5 | 655 | D-AKOH | Двигатели BMW VI 7,3, затем заменили HS 12Ykrs(770л.с.). Показал скорость 391 км/ч | |
| V6 | 656 | D-AKUZ | 12.10.1936 | Прототип варианта Do 17Е-1 |
| V7 | 657 | D-AQYK | 10.12.1936 | Прототип Do 17Е-2. Изменены очертания носовой части (более закругленные). |
| V8 | 658 | D-AXUM | 10.09.1986 | Изначально прототип разведчика Do 17F-1 |
| V9 | 659 | D-ABOY | Прототип Do 17Е-1 | |
| V10 | 666 | D-AKKU | 21.10.1936 | Прототип дальнего разведчика Do 17F-1 |
| V11 | 681 | D-ATYA | 11.02.1937 | Прототип разведчика Do 17F-1. В дальнейшем переоборудован в прототип Do 17LV1 |
| V12 | 682 | D-AKYL |
