Однако проект Мессершмитта оказался максимально далек от выдвинутых требований по сравнению с предложениями компаний «Хеншель» и «Фокке-Вульф». В. Мессершмитт фактически проигнорировал параметры, связанные с использованием самолета в качестве ударной боевой единицы. Только покровительство Эрнста Удета помогло «Bayerische Flugzeugwerke AG» получить контракт на изготовление прототипа, и, как оказалось, именно это и помогло Мессершмитту одержать победу. Прототип истребителя Bf.110, поднявшийся в воздух 12 мая 1936 года, хотя и не отличался исключительными маневренными характеристиками, но по крайней мере развивал скорость 520 км/ч – правда, предсерийная партия получила моторы «Junkers» Jumo-210Ga мощностью всего по 700 л.с., в результате чего их скорость равнялась только 450 км/ч. В конце 1938 года наконец был доведен до серийного выпуска двигатель DB-601A-1 мощностью 1100 л.с., и в январе 1939 года Bf.11 °C поступил на вооружение. Двухмоторный истребитель нес достаточно мощное вооружение, состоящее из двух 20-мм пушек и четырех наступательных 7,9-мм пулеметов и оборонительного 7,9-мм пулемета. При максимальной скорости до 538 км/ч и крейсерской в 485 км/ч самолет имел дальность действия 1100 км, а с подвесными баками – до 1400 км.
Боевая деятельность Bf.110 началась в сентябре 1939 года, при нападении Германии на Польшу, где основными противниками люфтваффе стали откровенно устаревшие истребители PZL. В первом же бою Bf.11 °C без потерь сбили пять PZL P.11. В общей сложности в противостоянии с польскими ВВС немцы потеряли всего 12 Bf.110.
Гораздо сложнее пришлось тяжелому истребителю в боях над Западной Европой, где ему противостояли более современные машины и дал о себе знать недостаток маневренности в бою с одномоторными истребителями. Тем не менее самолет оказался достаточно эффективен в качестве перехватчика. Так, 18 декабря 1939 г. истребители люфтваффе в составе 32 Bf.109 и 16 Bf.110, вступив в бой с группой от 22 до 24 британских бомбардировщиков «Wellington», уничтожили 12 из них, причем 9 записали на свой счет экипажи Bf.110.
Со второй половины 1940 года самолеты начали переводить в части ночных перехватчиков. Обнаружение целей производилось либо с помощью бортового теплопеленгатора, либо систем наведения «Химмельбетт», использующих локаторы «Вюрцбург». Дальнейшим развитием концепции ночного истребителя стал Bf.110F-4. Вооружение было усилено до двух 30-мм пушек МК 108 в подфюзеляжном обтекателе, позже для борьбы с бомбардировщиками была применена установка «Schrage Musik», представлявшая собой пару пушек МК 108 под углом 15 градусов от вертикали за кабиной пилота. Во второй половине 1942 года Bf.110F-4а получил радиолокатор FuG 202 «Лихтенштейн», четыре антенны которого устанавливались в носовой части.
В 1942