На базе самолета Dewoitine D.500 было разработано несколько модификаций, но только одна из них, D.510, была внедрена в серию. Основным отличием стал более мощный мотор Hispano-Suiza 12Ycrs (860л.с.). Для него потребовался и больший по размерам радиатор. Двухлопастный винт заменили трехлопастным. В августе 1934 года опытный D.510 приступил к заводским испытаниям, а с конца октября испытательный центр ВВС начал официальное опробование машины. D.510 первым во Франции преодолел рубеж 400км/ч. Недостаточная путевая устойчивость вынудила увеличить площадь вертикального оперения.

В мае 1935 года правительство выдало первый заказ на 25 машин. Серийные истребители отличались увеличенным фюзеляжным бензобаком, большей колеей шасси и иной формой обтекателей колес. Вооружение устанавливалось по типу D.510 - пушка и два пулемета. Первые пять серийных самолетов ушли без радиостанций, но уже на второй партии из 20 истребителей поставили станции ОТС, а с февраля 1937 года стали монтировать приемо-передающие комплекты фирмы Thomson, с большей дальностью связи. Внешне это проявилось в появлении второй, складной, антенны под фюзеляжем вдобавок к стоявшей сверху. Серийное производство D.510 по заказам французских ВВС продолжалось до июня 1938 года.

Самолеты семейства D.500, ненадолго выведшие французскую истребительную авиацию на лидирующие позиции, почти не поставлялись на экспорт. Хотя многие страны заинтересовались этой машиной, немногие приняли ее на вооружение. Самой крупной партией, отправленной за рубеж, стали двадцать четыре самолета для Китая. Два самолета попало в Испанию, два - в Японию, один - в СССР. Эти машины предназначались для изучения, в основном, интересовались французской мотор-пушкой, аналогов у которой тогда не было.

Еще перед началом войны во Франции началось формирование эскадрилий и звеньев ПВО, прикрывавших в глубине страны города, важные заводы, порты и аэродромы. Вооружали их устаревшей техникой, в том числе D.500, D.501 и D.510. При поспешном создании новых авиачастей в ходе войны современной техники зачастую не хватало и, чтобы летчики не теряли квалификации, временно им давали старые истребители. Но на фронт эти части отправлялись только после перевооружения.