На Са.311 стояли те же "звезды" "Пьяджо" P.VII C.35 мощностью по 470 л.с. (на взлете - 500 л.с). Изменилось расположение вооружения. Из трех пулеметов калибра 7,7 мм один находился на верхней турели типа "Капрони-Лянчиани", другой - в корне левого крыла, третий - в нижнем люке. Бомбы общей массой до 400 кг крепились на внутренней подвеске.

Опытный образец Ca.311 совершил первый полет 1 апреля 1937 года. Серийное производство началось в середине 1939 года. Выпускался на заводах "Капрони" в Понте-Сан-Пьетро и Талиедо, AVIS в Кастелламаре-ди-Стабиа. Всего построено 320 экземпляров для Regia Aeronautuca. Состоял на вооружении в Италии с января 1940 г.

Позднее большинство самолетов этого типа было преобразовано в стандарт Ca.311M со ступенчатым лобовым стеклом. Оборонительное вооружение состояло из надфюзеляжной вращающейся турельной установки Caproni-Lanciani с одним пулеметом калибра 7,7 мм, дополненной двумя такими же пулеметами: один - по левому борту в корневой части крыла (стрельба велась вперед) и один - в задней части (стрельба велась назад из люка в фюзеляже).

Потребителем этих "Капрони" стали итальянские ВВС. Эксплуатация Са.311 показала, что его силовая установка слишком слаба для настоящего боевого самопета. Предлагалась замена на мощнейшие "Пьяджо", опробованные на Са.312, но их лобовое сопротивление уже не устраивало конструкторов.

Итальянские бомбардировщики приняли участие в скоротечном вторжении в Албанию, куда были направлены первые 38 самолётов, вошедших в состав 88-й группы 21-го авиаполка и 69-ой группы 19 авиаполка. Затем их перебросили в Ливию, где Са.310 проявили себя не с самой лучшей стороны, заметно уступая почти по всем ТТХ более старым Ва.65. В итоге бомбардировщики Breda и истребители Fiat CR.42 заменили их, отправив Са.310 в отставку гораздо раньше положенного им срока.

В 1941-м Италия поддержала Германию в нападении на Советский Союз. Уже подготовка к кампании на восточном фронте предопределила разгром CSIR, итальянского экспедиционного корпуса. Помимо других слабовооруженных и неприспособленных к холодному климату самолетов корпусу придали около 20 "Капрони" Са.311 61-й и 71-й групп 22-го разведывательного полка.

Эти и другие подразделения обладали боевой ценностью только в начале агрессии, при соприкосновении с отступающим противником. Впоследствии почти вся авиация CSIR бесславно сгинула в России. Только на второстепенных фронтах "Капрони" использовались с переменным успехом. Так, на Балканах против партизан действовали эскадрильи хорватских Са.310 и две группы Са.311 из 22-го полка ВВС Италии.

Низкая боеспособность Са.310 и Са.311 была очевидной еще до второй мировой. В итальянских ВВС их считали лишь временной заменой старых машин. Для обновления авиапарка штаб разработал "План "R", предусматривавший, в частности, закупку 423 разведчиков Са.312. Но война внесла коррективы. Лишь несколько Са.312 поступили в части, действовавшие в 1942 г. на севере Африки. Подразделениям разведки (воздушного наблюдения), переданным в авиацию поддержки сухопутных войск, потребовались самолеты, более подходящие, чем "триста двенадцатые".

Перед самой войной четыре разведывательных авиаполка, подразделения которых были рассредоточены по всей Италии и оккупированной Албании, начали переоснащаться с бипланов "Ромео" Ro.37 и Ro.37 bis на двухмоторные "Капрони" . Но лишь восемь эскадрилий получили Са.311, всего 38 единиц. 68-я группа 21-го полка и 69-я группа 19-го полка, доукомплектованные "триста одиннадцатыми", перебазировались из Вероны и Левальдиги на африканский театр военных действий для усиления авиации в Ливии.

В декабре 40-го наступление англичан вынудило итальянское командование перебросить почти все боевые самолеты, в том числе и "Капрони", из пустыни на побережье. Здесь интенсивность боев и противодействие авиации противника были гораздо сильнее. Двухмоторные "универсалы" не смогли эффективно помогать наземным силам. Самолеты перевели в учебные и транспортные части.