Holandia thumb|left|Replika Fokkera D.XXI w malowaniu sił powietrznych Holandii stosowanym na początku II wojny światowej Samoloty D.XXI znalazły się na wyposażeniu trzech dywizjonów myśliwskich: 1 Dywizjonu (1. JaVA) bazującego na lotnisku De Kooy, 2 Dywizjonu (2. JaVA) bazującego na lotnisku Schiphol i 5 Dywizjonu (5. JaVA) bazującego na lotnisku Ypenburg.
Już we wrześniu 1939 roku samoloty te zestrzeliły pierwszy niemiecki samolot Junkers Ju 88, który naruszył przestrzeń powietrzną neutralnej Holandii. Później jeszcze kilkakrotnie walczyły z samolotami niemieckimi, jak również brytyjskimi, które przekroczyły granice holenderskie.
W momencie ataku wojsk niemieckich na Holandię w maju 1940, w lotnictwie holenderskim znajdowały się 32 samoloty tego typu, z tego 29 sprawnych. Wzięły one udział w walkach z samolotami Luftwaffe, w trakcie których uzyskano 16 zwycięstw oraz 17 prawdopodobnie. Zniszczonych zostało 20 samolotów.
Kilka z samolotów dostało się w ręce Niemców i przynajmniej jeden samolot tego typu (numer boczny 215) otrzymał niemieckie znaki rozpoznawcze i był testowany przez Luftwaffe. Później przekazano go do berlińskiego Muzeum Lotnictwa, gdzie był eksponowany nieopodal polskiego PZL P.11.