Уже в декабре 1941 года Министерство авиации приняло решение о переделке ста фюзеляжей Re.2001 для разных целей. Тридцать девять самолетов под обозначением Re.2001 CB (Caccia-Bombardiere — истребитель-бомбардировщик) получили под фюзеляж бомбодержатель для бомб массой 100, 160 или 250 кг; два фюзеляжа были облегчены для испытаний катапультных стартов с земли; 12 Re.2001 получили тормозные крюки и узлы крепления к катапульте для предполагавшейся эксплуатации с авианосцев «Аквила» и «Спарвьеро», первый из них к моменту капитуляции Италии находился в стадии достройки, но закончен не был. До закладки «Спарвьеро» дело вообще не дошло. Тут надо упомянуть о необычном способе увеличения ёмкости подпалубных ангаров этих кораблей — в корнях крыльев должны были быть установлены специальные крючья, за которые самолеты подвешивались к специальным тележкам на потолке ангара. Однако эта идея не дождалась своей реализации. Палубные самолеты несли обозначение Re.2001 OR. В апреле и июне 1942 года были заказаны две серии этих машин по пятьдесят штук каждая. Изготовление началось, но так как ввод авианосцев в строй непрерывно затягивался, все Re.2001 OR позднее были модифицированы до стандарта наземных машин и переданы для службы наземным подразделениям.
Один из самолетов стандарта OR (ММ.9921) был переделан под торпедоносец. Этот вариант был обозначен Re.2001G и подготовлен к испытаниям в июне 1943 года.
Существовали планы постройки 50 Re.2001 GV. (GV — модификация под возможность несения под фюзеляжем 630 кг бомбы). По идее лейтенантов Галимберти (Galimberti) и Ваккари (Vaccari), самолет мог служить для нанесения ударов по авианосцам. Вначале для этого приспособили два самолета варианта СВ. Единственное боевое применение их произошла 11 августа 1942 года, когда пилотируемые лейтенантами Робони (Robone) и Ваккари самолеты напали на авианосец «Викториес». Оба пилота сбросили бомбы; однако, лишь одна бомба упала на палубу возле борта судна и не взорвавшись, отрикошетила за борт. Эта неудача остановила реализацию варианта Re.2001GV. На одном из этих самолетов (ММ8077) проводились испытания совмещенного управления сектором газа и угла установки лопастей винта при пикировании. При опытном пикировании с шести до двух тысяч метров под углом 70 градусов была достигнута скорость 950 км/ч без превышения максимальных оборотов мотора и повреждений фюзеляжа. Только одна панель остекления фонаря кабины пилота не выдержала динамического напора и лопнула. В октябре 1942 года прошли испытания бомбардировки с пикирования стандартной 250 кг бомбой на экспериментальном полигоне в Фурбаре и были получены очень хорошие результаты.
Следующим строившимся вариантом был Re.2001CN (Caccia Notturrna — ночной истребитель), вооруженный двумя пушками Маузер MG-151 калибром 20-мм, размещенными в характерных «ванночках» на месте первоначальных пулеметов калибром 7,7-мм. Однако, трудности в поставках пушек привели к тому, что большинство самолетов сохранило первоначальное вооружение.
Было заказано 50 самолетов этого варианта (построили же всего 34 машины). Некоторые истребители CN получили могучие цилиндрические пламегасители на выхлопные патрубки двигателей. Один самолет под обозначением Re.2001H был переоборудован как экспериментальный противотанковый штурмовик, но до его серийного производства дело не дошло, как и у специализированного торпедоносца Re.2001G. Этот прототип после капитуляции Италии был уничтожен.
Известно, что некоторые Re.2001 имели оборудование для фоторазведки — один вертикальный фотоаппарат в правом корне крыла. Для перспективной съемки некоторые Re.2001 получили два контейнера для фотоаппаратов в передних кромках крыла приблизительно на полуразмахе. Эти доработки проводились в полевых условиях.
Один из предсерийных самолетов Re.2001 (ММ8075) получил оборудование для сброса специальной бомбы, частично снаряженной сжатым воздухом. Испытания этого необычного оружия столкнулись с трудностями и разработка была остановлена.
Ко дню капитуляции Италии было изготовлено 237 самолетов Re.2001 всех вариантов.
Фалько II, переданные итальянским ВВС, прежде всего попали в учебные подразделения, а бой вступили только в феврале 1942 года на Сицилии. Их основной задачей было сопровождение бомбардировщиков в налетах на Мальту. Здесь они столкнулись с истребителями Спитфайр Mk.V и Харрикейн Mk.II. До высоты 7000 м Фалько II был равным соперником для британских истребителей (старших версий), но выше превосходство переходило к защитникам Мальты. Самолеты Re.2001 постепенно поступили на вооружение 2, 22, 24, 59, 60, 160 и 167 истребительных групп (Gruppo di Caccia). Другим полем боя Re.2001 22-й истребительной группы была Сардиния. Самолеты Re.2001 CN служили преимущественно в подразделениях, дислоцированных в Северной Италии, где действовали в составе 59-й и 60-й истребительных групп против Галифаксов, Стрирлингов и Ланкастеров RAF. К моменту капитуляции Италии в составе ВВС оставалось всего семьдесят три самолета Re.2001 всех вариантов.
Первой, 9 сентября 1941 года, Re.2001 получила 2-я истребительная группа в Равенне, состоящая из трех эскадрилий -150, 152, и 358. Группу возглавлял Джузеппе Бейлон (Giuseppe Baylon). К концу года эскадрилий приняли 28 самолетов, а 10 мая 1942 года они были переброшены на Сицилию. Их основной задачей было сопровождение бомбардировщиков в налетах на Мальту, находившуюся приблизительно на 88,5 км южнее. Британское присутствие на Мальте угрожало маршрутам поставок из Италии войскам Оси на Севере Африка.
Фактически, 2-я группа попала сразу «с корабля на бал». В тот же день, 10 мая, ее Re.2001 и 4-я группа на Macchi MC.202 сопровождали пять бомбардировщиков Кант Z.1007bis, которые должны были бомбить радарную установку на Мальте. Итальянские истребители столкнулись со своими британскими визави — Спитфайрами и Бофайтерами. Итог схватки — потеря одного Z.1007bis и МС.202, повреждение двух других бомбардировщиков. Пилоты Re.2001 заявили о победах над тремя Спитфайрами и Бофайтером и повреждении еще двух Спитфайров.
В течение 1942 года на долю Re.2001 выпало много эскортных полетов с итальянскими и немецкими бомбардировщиками. И практически всегда подобные вылеты заканчивались схватками с британскими истребителями, защищающими остров. Известен случай, когда в одном бою 12 мая сержант Марчио (Marchio) сбил два Спитфайра. Однако его самолет тоже получил значительные повреждения а сам пилот был серьезно ранен. Все же ему удалось привести истребитель к Сицилии и посадить его в районе Сиракуз. Правда, ранения Марчио не оставили ему шансов и он погиб. В период с 10 по 18 мая пилоты группы подали рапорты о 16 сбитых самолетах противника, трех поврежденных и одного вероятно поврежденного.
Итальянцы потеряли один Re.2001 сбитым и три получили значительные повреждения. 18 мая защитники Мальты получили 17 Спитфайров, доставленных к острову авианосцем «Игл». Заметно усиленная воздушная оборона острова 19 мая рассеяла строй бомбардировщиков, направлявшихся к Мальте. Те были вынуждены преждевременно сбросить бомбы и повернуть обратно Пилоты. Re.2001 сбили два самолета — Спитфайр и Бофайтер и повредили еще пять Спитфайров без собственных потерь.
Re.2001 и МС.202 начали непрерывное патрулирование в районе Мальты по утрам с 24 мая. Пилоты 2 группы уже на следующий день записали на свой счет пять побед, потеряв лишь один Re.2001.
Накал воздушных боев усилился в период с 26 мая по 2 июня. Итальянские пилоты заявили о пяти сбитых британских истребителях и трех поврежденных, при потере трех Re. 2001 сбитыми и трех поврежденными. 6 июня восточнее острова погибли три Реджиане, а еще два еле дотянули до Сицилии. Ценой этому было два сбитых Спитфайра.
Более успешным выдалось 7 июня, когда девять Re.2001 и 12 МС.202 сопровождавшие итальянские военно-морские силы, выискивающие конвои в Средиземноморье, перехватили три торпедоносца Альбакор, Бофайтер и Спитфайры, готовые нанести удар по итальянским судам. Атака англичан была неудачной, два Альбакора и Бофайтер были подожжены и упали в море. В воздушном бою был поврежден один Re.2001. Итальянский флот в свою очередь обнаружил и разгромил британский конвой, отправив на дно 15 из 17 грузовых судов, двигавшихся в сторону Мальты. Это был серьезный удар. Англичане приостановили проводку конвоев к острову до августа 1942 года. Действия 2 истребительной группы были отмечены Бенито Муссолини, который лично наградил 15 ее пилотов. Восемь пилотов были предоставлены к Серебряной Медали Воздушной Доблести (Medrglia al Valore Aerunautico a" Argento), семь других — к Бронзовой Медали Воздушной Доблести (Medaglia al Valore Aerunautico d' Bronzo). Re.2001 и дальше продолжали сопровождать бомбардировщики Оси в их налетах на Мальту, хотя истребители также привлекались и для прикрытия торпедоносцев S.M.79. 9 августа группа была усилена 11 Re.2001 из 22 — и группы развернутой от Рома-Кампино (Roma-Ciampino) до Монсерато (Monserato). Эти истребители были сведены в 359-ю и 362-ю эскадрильи группы. 54-й полк с давдцатью шестью Re.2001 был размещен на аэродромах Сицилии, южной Италии, и острове Пантеллерия. Штаб 22 группы в начале сентября 1942 года переместился из Монсерато в Кальтаджироне. Две эскадрильи группы были посланы на Пантеллерию для патрулирования и эскорта конвоев. Оставшиеся самолеты группы были собраны 17 октября в Гела (Gela), в то время как 369 эскадрилья была переведена в наиболее активную 2-ю истребительную группу, которая воевала с аэродромов Сицилии и Пантеллерии до весны 1943 года.