В 1938 г. люфтваффе начали понемногу переводить Do 17Е и Do 17F в части второй линии — прежде всего, в летные школы. На смену им в строевые части поступали Do 17М и Do 17Р, а в первые месяцы 1939 г. начались поставки Do 17Z. Люфтваффе ударными темпами готовились к большой войне. В тот же период прошла масштабная реорганизация бомбардировочных эскадр, в результате в составе четырех из них насчитывалось 9 групп Do 17, располагавших 370 машинами, в т. ч. 212 Do 17Z-1 и Z-2. Очень много «Дорнье» находилось в разведывательных частях: к началу Второй мировой войны ими был укомплектован 21 дальнеразведывательный отряд и 2 ближней разведки, в которых насчитывалось 262 самолета. Старые Do 17F-1 сохранялись лишь в одном из них, остальные были перевооружены на Do 17Р-1. Кроме того, Do 17 эксплуатировала группа разведки главнокомандования люфтваффе Aufkl. Gr./Ob.d.L. и специальная часть целеуказания Ln.Abt.100 (в ней наряду с Do 17Z эксплуатировали редкие Do 17U). Наконец, штабные отряды всех девяти групп пикирующих бомбардировщиков и летавшей на Не 111 эскадры KG 51 имели в своем составе по три Do 17М-1.
Для боевых действий против Польши выделили свыше 570 самолетов Do 17 различных модификаций (см. таблицу). Кроме того, 90 Do 17Р, входивших в состав восьми разведотрядов, находились на Западе.
Еще до начала боевых действий воздушное пространство Польши систематически нарушали разведчики Do 17F. Интересно, что упоминаний о полетах более современных Do 17Р не встречается — вероятно, в люфтваффе опасались, что эти машины могли попасть в руки противника. А может, поляки просто неверно идентифицировали самолеты, опознавая их всех как Do 17F.
Действуя на высотах порядка 6000 м, разведчики были недосягаемы для польских истребителей Р.11. Подпоручик Васлав Круль (Waclaw Krol) из краковского 2-го авиаполка так вспоминал свою встречу с Do 17F: «…Немец вел себя так, словно не замечал меня. Спокойно и ровно летел в восточном направлении. Подойдя поближе, я смог разглядеть силуэт двухмоторного самолета. То был немецкий «Дорнье» — серебристый, стройный, мощный и грозный… Двигатель моего самолета работал тяжело, при любом резком маневре я мог потерять управление… Вдруг я с удивлением заметил, что моторы «Дорнье» задымили, а самолет начал набирать высоту и отрываться от меня, не меняя направления полета… Пилот, заметив меня, прибавил газу, увеличил скорость и высоту полета…». Ничего удивительного — ведь скорость Р. 11 была гораздо меньше, чем Do 17.
Первую для Do 17 боевую задачу в начавшейся войне выполнил один из отрядов группы III/KG 3. Взлетев на рассвете 1 сентября с аэродрома Хайлигенбайль в Восточной Пруссии, самолеты вслед за звеном Ju 87 нанесли удар по предмостным укреплениям у Тчева. Однако на севере Польши действия авиации не были особо масштабными из-за плохой погоды. А вот на юге люфтваффе получили шанс продемонстрировать всю свою ударную мощь. Наряду с Не 111 здесь активно действовали «Дорнье». Так, Do 17Е из III/KG 77, ведомые оберстом Вольфгангом фон Штуттерхеймом (Wolfgang von Stutterheim), утром 1 сентября бомбили аэродром Краков- Раковице. Самолеты сбросили свой груз с высоты, не превышавшей 50 м, вследствие чего некоторые из них получили повреждения от разрывов собственных бомб. Именно эта группа первой во Второй мировой войне понесла боевые потери. Польский летчик-истребитель подпоручик Владислав Гныш (Wladyslaw Gnys) обнаружил два самолета противника примерно в 1000 м ниже себя, смог сблизиться с ними и обстрелял обоих. При попытке маневрирования «Дорнье» столкнулись, их экипажи погибли. Следует отметить, что после удара по цели строй самолетов III/KG 77 распался, они возвращались на базу поодиночке или небольшими группами и оказались неспособными эффективно обороняться от истребителей.
Самолеты из II/KG 77 в первый день войны бомбили аэродромы Кросьне и Модерувце. А после полудня, когда погода на севере улучшилась, в бой вступили «бомберы» из KG 2 — их целями стали аэродромы в Плоцке, Лиде, Бялой Подляске и Малашевичах. В общем, задачи, выполняемые группами «Дорнье», были типичными для первого дня войны, когда 57 % вылетов бомбардировщиков люфтваффе было направлено против польских аэродромов.
Задачу иного рода выполнила после полудня группа I/KG 77, возглавляемая м-ром Бальком (Balk). Ее самолеты бомбили местечко Велюнь, где была замечена концентрация польской кавалерии. «Дорнье» провели своеобразную «зачистку» после того, как по цели отработали две группы пикировщиков. Когда вечером того же дня в Велюнь вступили части вермахта, оказалось, что в городке погибли почти 2000 мирных жителей, а 70 % зданий разрушены…
2 сентября отличились экипажи разведчиков Do 17Р из отряда 1.(F)/124. Сменяя друг друга, они барражировали в воздухе, пулеметным огнем пресекли все попытки польских саперов приблизиться к мосту через р. Варта южнее Радомска и не позволили подорвать его.
Постепенно бомбардировщики переключились на работу по промышленным объектам, коммуникациям и административным центрам. Так, самолеты из KG 77 бомбили Лодзь, Томашув, Скерневице, Кельце и Ченстохов. На второй неделе боев в Польше главными целями для Do 17 стали железные дороги в восточной части страны. 25 сентября эскадра KG 77 в полном составе (около 100 самолетов) участвовала в большом налете на Варшаву, ставшем последней крупной операцией для Do 17Е — вскоре эскадру перевооружили на Do 17Z.