Выпуск мощного мотора Авиа 12Y-1000 на фирме развернуть не смогли, и для планируемой серии истребителей оставался все тот же HS12Ycrs мощностью 860 л. с. Доработкам вновь подверглось крыло: увеличили размах закрылков, а размах элеронов наоборот уменьшили. Вскоре начались работы над двумя предсерийными самолетами Av 135.2 и 135.3, которые отличались 20-мм немецкой пушкой MGFF, установленной вместо HS 404.

В июне 1940 г. завод в Чаковице вновь посетили болгарские летчики Попганчев и Атанасов. Теперь они совершили ряд вылетов на новом Av 135.1 со свастикой на хвосте и немецким регистрационным номером D-IBPP. Болгары остались довольны маневренностью и управляемостью истребителя, и в Софию ушел весьма хвалебный отзыв. Королевские ВВС Болгарии уже эксплуатировали бипланы В 534 Франтишека Новотны, и руководство Министерства обороны решило заменить их на очередной истребитель этого конструктора. Подписанный с фирмой «Авиа» контракт включил покупку двенадцати Av 135, запчастей к ним и 62 моторов HS12Ycrs. Такое количество двигателей было необходимо потому, что болгары собирались выпустить дополнительно 50 истребителей по лицензии (под обозначением DARII) на своем заводе в Ловече. Однако наладить сборку столь современного самолета слабая болгарская промышленность не смогла. К тому же после поставки первых 35 моторов все мощности фирмы «Авиа» понадобились под заказы Люфтваффе, и Министерство авиации Германии аннулировало контракт, прекратив все работы по Av 135. Поэтому 12 самолетов, которые были окончательно укомплектованы на заводе в Ловече к лету 1942 г., остались единственными серийными истребителями Av 135.

Все 12 машин поступили в летную школу истребителей в Дольна Митрополия, где пилоты переучивались на них с бипланов В534. В настоящих боевых действиях Av135 проверить не удалось. Единственным боевым эпизодом в карьере этого самолета, остался скоротечный бой с американскими «Либерейторами» 30 марта 1944 г.

Утром 30 марта 1944 г. четверка болгарских истребителей Avia Av 135 из летной школы, базирующейся на аэродроме Дольна Митрополия, выполняла обычный учебный полет. Группа находилась на высоте около 8000 м к юго-востоку от Софии, когда ее ведущий капитан Кростин Атанасов заметил в небе силуэты незнакомых бомбардировщиков. При сближении выяснилось, что это были «Либерейторы» В-24 американских ВВС, возвращающиеся после бомбардировки нефтеперерабатывающих заводов в Плоешти на свои итальянские базы через воздушное пространство Болгарии.

Болгария в то время была союзником Германии, и 6-й истребительный полк, в который входила четверка Av 135, оперативно подчинялась командованию Люфтваффе на Балканах. Естественно, что Атанасов тут же открыл боевые действия. «Либерейторы» шли на 300 м выше, и болгарские истребители, набрав скорость в пологом пикировании, атаковали американцев снизу, пройдя сквозь соединения бомбардировщиков. Оказавшись теперь сверху, группа Av 135 повторила атаку, спикировав на «Либерейторы». Третьего захода выполнить уже не удалось - высота вновь была потеряна, а пустые бомбардировщики довольно быстро удалялись. Сначала болгарским пилотам показалось, что они никого не сбили, но неожиданно один из «Либерейторов» сорвался в спираль, а в воздухе раскрылись пять парашютов. Как оказалось в дальнейшем, это была единственная воздушная победа, одержанная на истребителе Авиа Av 135. А Болгария осталась единственной страной, имевшей на вооружении этот самолет чехословацкого производства.

Последний истребитель Франтишека Новотны получился, в общем, неплохим самолетом, хотя мотор мощностью 860 л. с. был для него слабоват. И кто знает, какая судьба ожидала бы Av135, если бы Новотны имел в своем распоряжении более мощный двигатель, а Чехословакия осталась бы в то время независимой страной. Но чехословацкие ВВС так и не получили на вооружение перспективный моноплан.