Samolot został oblatany w 1927 r. i już wkrótce skierowano go do produkcji seryjnej. Samoloty tego typu wzięły udział w działaniach wojskowych już podczas wojny włosko-abisyńskiej w latach 1935–1936, był wykorzystywany jako lekki bombowiec oraz służył do transportu żołnierzy. Mimo iż samolot był powolny, to jednak mocna konstrukcja, pozwalająca korzystać z lotnisk polowych, oraz brak lotnictwa myśliwskiego po stronie Abisynii sprawiły, że Ca.101 sprawdzał się w roli bombowca, a także jako samolot transportowy. Z czynnej służby wojskowej we włoskich siłach zbrojnych Ca.101 wycofano wkrótce po zakończeniu wojny abisyńskiej, choć samoloty w wersji cywilnej, jako pasażerskie, latały do początku II wojny światowej.