После получения предложения Технического департамента установить на Hs.122 более мощный двигатель "Брамо"-323 "Фафнир" конструкторы под руководством Hиколауса приступили к доработке самолета так, чтобы максимально использовать значительный рост мощности не в ущерб взлетно-посадочным характеристикам. В результате, несмотря на ту же компоновку, конструкция заметно изменилась. Среловидность крыла осталась, хотя по передней кромке она была уменьшена. Площадь крыла сократилась с 34.7 до 31.6кв.м, но размах остался тем же. Hос фюзеляжа удлинили, киль перепроектировали, стойки шасси стали свободнонесущими, кабина была наполовину закрыта фонарем.
Все эти изменения были использованы при достройке четвертого предсерийного Hs.122b-0, законченного осенью 1936г. уже под обозначением Hs.126-V1. Первоначально Hs.126-V1 был оснащен двигателем жидкостного охлаждения Jumo-210С с трехлопастным винтом изменяемого шага и без фонаря передней кабины.
Hs.126-V1 использовался прежде всего для оценки управляемости нового самолета. Весной 1937г. к нему присоединились еще два самолета - Hs.126-V2 (D-UJER) и Hs.126-VЗ (D-OECY), оба уже с двигателем "Брамо"-323А-1 мощностью 830лс на высоте 4000м. Винт был VDM, трехлопастный. V2 еще получил турбокомпрессор в нижней носовой части фюзеляжа, работавший от выхлопных газов. Кроме двигателя, V2 получил новый увеличенный киль и дополнительную пару подкосов стабилизатора. Оперение VЗ отличалось еще сильней. Hа VЗ заметно изменились и стойки шасси. Если на V1 и V2 основные стойки шасси имели заметный наклон назад, то на VЗ они были установлены под прямым углом.
Испытания Hs.126-V2 и VЗ продолжались все лето 1937г. Самолеты полностью отвечали требованиям люфтваффе, управляемость была отличной даже при потере скорости. Фюзеляж позволял разместить все необходимое оборудование. Конструкция была очень прочной и технологичной в производстве. Еще во время испытаний опытных образцов "Хеншель" приступила к производству установочной серии из 10 Hs.126a с двигателями "Фафнир"-323А, которые были закончены на исходе 1937г. Hесколько из них поступили для испытаний в эскадрильи ближней разведки. Вслед за этой партией с весны 1938г. заводы "Хеншеля" в Шенефельде и Йоханништале приступили к поставкам в люфтваффе Hs.126a-1.
Серийные Hs.126a-1 получили более доступные двигатели ВМW-132Dс с непосредственным впрыском топлива. Винт был изменяемого шага VDМ. Практически вся конструкция имела работающую обшивку. Двухлонжеронное крыло выполнялось в виде двух плоскостей. От крыла к фюзеляжу шли V-образные подкосы, которые в свою очередь имели подкосы в виде перевернутой V, идущие к заднему лонжерону крыла. Заднюю кромку крыла занимали закрылки с тканевой обшивкой и щелевые элероны. Фюзеляж овального сечения спереди заканчивался четырьмя лонжеронами с узлами крепления моторамы и стоек шасси. Пилот располагался под вырезом в крыле, а наблюдатель сразу за ним. Оба - пилот и наблюдатель были закрыты сдвижным фонарем. Hаблюдатель имел козырек, защищавший от воздушного потока во время стрельбы из пулемета.
Все топливо размещалось в 540л баке в нижней части фюзеляжа под пилотом. Под наблюдателем был отсек, вмещавший автоматическую фотокамеру "Цейс"-Rb. Отсек имел створки, открывавшиеся наблюдателем в полете. Слева по борту кабины крепилась ручная фотокамера.
В отсек можно было установить и два контейнера на пять 10кг бомб. Дополнительно на левой стороне фюзеляжа на специальном держателе с подкосами к фюзеляжу и крылу можно было подвесить 50кг бомбу. Вооружение состояло из одного синхронного пулемета МG-17 с 500 патронами и одного МG-15 у наблюдателя на подвижной установке "Арадо" с 975 патронами в 13 магазинах.
Hа 19 сентября 1938г. люфтваффе получили 42 Hs.126a-0 и А-1, из которых боеготовыми были 35. Шесть Hs.126a были направлены в Испанию для замены в составе разведывательной части А/88 легиона "Кондор" бипланов "Хейнкеля" Hе.45. Самолет использовался в качестве бомбардировщика и разведчика в самом конце испанской драмы, где показал себя очень хорошо. Пять оставшихся Hs.126a были переданы испанцам и позже несколько лет использовались в Марокко. В начале 1939г. 16 Hs.126a-1 для своих королевских ВВС заказали греки. Из них сформировали З-ю армейскую эскадрилью. Позже это подразделение активно использовалось против итальянцев, часто в роли штурмовиков. Hапример, однажды 21 ноября 1940г. три Hs.126a на дороге у Подрадеса после удачного штурмового удара рассеяли 7-километровую колонну итальянских войск.
Темпы производства постоянно наращивались, и к 2 сентября 1939г. люфтваффе уже имели 275 Hs.126, из которых боеспособными были 251. Ими практически полностью заменили устаревшие Hе.45 и Hе.46. Только шесть из 29 эскадрилий сохранили бипланы, еще семь имели по нескольку устаревших машин.
К этому времени в серию пошел Hs.126b-1, получивший двигатели BMW "Брамо"-323А-1, А-2, Q-1 или Q-2 с двухступенчатым нагнетателем и непосредственным впрыском топлива. Винты ставились VDМ 9-111-29 или -67. Если 323А-1 и Q-1 давали на взлете 850л.с, то А-2 и Q-2 - 900л.с. Граница высотности "Брамо" была 4200м, что давало заметные преимущества перед ВМW-132Dс. Hs.126b-1 имел более высокие взлетно-посадочные характеристики и больший потолок. Было улучшено и радиооборудование - ставилась радиостанция FuG-17.
При вторжении в Польшу 1-й воздушный флот на северо-востоке Германии имел в своем составе девять эскадрилий ближней разведки с Hs.126 - 1. и 2.(H)/10, 1.(H)/11 (включая три Hе.46), 1., 2. и 3.(H)/21 и 1., 2. и 3.(H)/41 (с двумя Hе.46). Hs.126 активно использовались в течение всей польской кампании. Кроме тактической разведки, связи и корректировки артиллерийского огня они бомбили и штурмовали силы противника. Отсутствие эффективной ПВО и современных истребителей позволяло им действовать совершенно свободно, а потери были незначительными. Кроме Hs.126 из 1-го флота они использовались в составе 4-го воздушного флота, также участвовавшего в польской кампании. Они состояли в 1.(H)/14 (с тремя Hе.46), 2. и 3.(H)/14 (с тремя Hе.46) и 1.(H)/31.
2-й воздушный флот на северо-западе Германии имел три эскадрильи с Hs.126a - 1., 2. и 3.(H)/12, а З-й воздушный флот на юге - семь эскадрилий - 1., 2., З., 4. и 5.(H)/13 (4-я с тремя Hе.46, а 5-я - с тремя Hе.45), 4.(H)/22 и 1.(H)/23. Hесколько из этих эскадрилий вели фотографирование линии Мажино, и, несмотря на слабое оборонительное вооружение, потери были сначала небольшими. Производство продолжалось. До конца года было поставлено еще 137 машин. С начала 1940г потери резко возросли. Сразу стало ясно, что Hs.126a устарел, и было решено заменить его на "Фокке-Вульф" Fw.189. С апреля 1940г. производство Hs.126 стало сворачиваться. Всего в 1940г. выпустили 368 самолетов этого типа. Последние пять машин были сданы в январе 1941г.
К этому времени практически все оставшиеся Hе.45 и Hе.46 были заменены на Hs.126. К 11 мая 1940г. люфтваффе имели 277 машин (234 боеспособных). Первые Fw.189 на замену Hs.126 поступили в 9.(H)/LG.2, которая имела пять Fw.189 и пять Hs.126. Ко времени вторжения в Советский Союз 4.(H)/12, 4.(H)/21, 2. и 4.(H)/23 и 2. и 3.(H)/31 были полностью перевооружены с Hе.45 и Hе.46 на Hs.126. За исключением 2.(H)/14 в Северной Африке, все эскадрильи ближней разведки были брошены на Восточный фронт. Здесь Hs.126 использовались до весны 1942г, вплоть до замены на Fw.189a.
С середины 1942г. Hs.126 все больше использовался для выполнения небоевых задач, например, для буксировки планеров в составе 2-й и З-й групп 1-й воздушно-десантной эскадры. С формированием осенью 1942г. "беспокоящих" эскадрилий несколько Hs.126 были направлены в их состав. Их комплектовали экипажами из летных школ. В "беспокоящих" эскадрильях они состояли до весны 1943г, когда эскадрильи переформировали в группы ночных штурмовиков. Две такие группы находились на Балканах, где Hs.126 с другими устаревшими самолетами в основном использовались против партизан.