Bei Beginn des Westfeldzugs im Mai 1940 war die Auslieferung der bestellten Loire 130 noch nicht abgeschlossen und nach der Niederlage Frankreichs ließ die Vichy-Regierung neben den von ihr von der französischen Armee übernommenen Flugzeugen noch weitere 30 Exemplare produzieren. Auch die Regierung des freien Frankreichs gliederte einige Loire 130 in ihre Streitkräfte ein. Auf beiden Seiten wurde das vielseitige Modell die gesamte Kriegszeit über für die verschiedensten Zwecke geflogen, etwa zur Küstenüberwachung und -aufklärung, für Transport- und Ausbildungsaufgaben, zum Begleiten von Konvois und zur Artilleriebeobachtung. Ab November 1942 wurden sämtliche noch schiffsgestützte Loire 130 nach der Selbstversenkung der Vichy-Flotte an Land stationiert. Auch nach dem Ende des Krieges wurde das Flugzeug weiter genutzt. Die letzte Loire 130M, die der "E8S" in Indochina zugeordnet war, wurde zum Ende 1949/Anfang 1950 außer Dienst gestellt und verschrottet. Heute ist keins der etwa 125 bis 150 gebauten Exemplare mehr erhalten.