Το Caproni Ca.313, επίσης σχεδιασμένο από τον αρχιμηχανικό Τσέζαρε Παλαβιτσίνο, δεν ήταν τίποτε άλλο παρά ένα πρωτότυπο Ca.310 με νέους κινητήρες. Οι αστεροειδείς Piaggio P.VII C.35 αντικαταστάθηκαν από τους αερόψυκτους Isotta-Fraschini Delta RC.35 ανάστροφης διάταξης V12. Αν και η ισχύς των δύο υπήρξε πανομοιότυπη, η αεροδυναμική του αεροπλάνου βελτιώθηκε και η ταχύτητα αυξήθηκε, αφού μειώθηκε ο όγκος των ατρακτιδίων. Η πρώτη πτήση του έλαβε χώρα τον Αύγουστο του 1939 και ετέθη σε υπηρεσία αμέσως μετά τα αποτελέσματα των στρατιωτικών δοκιμών. Μέχρι τον Απρίλιο του 1941, ήδη είχε εξοπλίσει διάφορες μονάδες της Regia Aeronautica. Η βιαστική αυτή απόφαση είχε εμφανέστατα να κάνει με την πρόχειρη προσπάθεια των Ιταλών να αυξήσουν τα έσοδά τους και να ανανεώσουν το στόλο τους λόγω των αναγκών του πολέμου.
Η πρώτη σειρά (Ca.313 R.P.B.1) διέφερε μόνο ως προς τους κινητήρες, όπως προαναφέραμε, αλλά η δεύτερη που ακολούθησε (Ca.313 R.P.B.2) διέθετε τροποποιημένο ευρύτερο πιλοτήριο για καλύτερη ορατότητα, όπου έμοιαζε σε κάποιο βαθμό με αυτό του γερμανικού βομβαρδιστικού Heinkel 111. Εν αντιθέσει με τους προκατόχους του, η άτρακτος παρέμεινε μεταλλική, αλλά οι πτέρυγες άλλαξαν με ξύλινες. Ήταν εξοπλισμένο με τρία πολυβόλα Breda-SAFAT των 7,7 χιλιοστών: ένα στη βάση της αριστερής πτέρυγας, ένα στον ραχιαίο πυργίσκο και ένα ακόμη, τοποθετημένο στο κάτω τμήμα της ατράκτου. Είχε επίσης δυνατότητα μεταφοράς βομβών συνολικού βάρους 400 κιλών. Η τρίτη σειρά (Ca.313 R.A.) αποτέλεσε αναγνωριστικό μονάδων στρατού, ενώ οι υπολοιπόμενες (Ca.313F, Ca.313G, Ca.313S) διαμορφώθηκαν για εξαγώγιμους σκοπούς.
Κατασκευάστηκαν συνολικά 211 αεροσκάφη – συμπεριλαμβανομένων όλων των εκδόσεων – με την Caproni να δέχεται μεγάλη ζήτηση από το εξωτερικό. Η Γαλλία παρήγγειλε 200 κομμάτια και η Βρετανία 300 (τα τελευταία, κατ’ επιθυμίαν των Βρετανών, θα τροποποιούνταν για να δεχτούν είτε τους Junkers Jumo 211 είτε τους BMW-Bramo 323). Από αυτά, μόλις πέντε Ca.313F πρόλαβαν να αποσταλούν στην Γαλλία πριν από την σύμπραξη των Ιταλών με τις δυνάμεις του Άξονος. Τα περισσότερα παρέλαβε η Σουήδια η οποία, όντας απροετοίμαστη για τον επερχόμενο πόλεμο, έκλεισε συμφωνία για 84 Ca.313S στο κόστος των 90.000.000 κορονών. Τα αεροσκάφη έφτασαν μεταξύ του 1940 και 1941. Μεταξύ του 1940 και 1943 καταγράφηκαν είκοσι τρία θανατηφόρα ατυχήματα στις τρεις βάσεις από όπου επιχειρούσαν. Πολλοί κινητήρες έπιασαν φωτιά λόγω του μείγματος με αλκοόλη που προτιμούσαν οι Σουηδοί ως εναλλακτικού της έλλειψης συμβατικών καυσίμων. Άλλα ατυχήματα οφείλονταν και στη χρήση των Ca.313 για αποστολές αταίριαστες με τον τύπο τους, όπως ως βαμβαρδιστικά καθέτου εφορμήσεως. Συγκεκριμένες αλλαγές πραγματοποιήθηκαν, που όντως οδήγησαν στη μείωση των ατυχημάτων, αλλά σε καμία περίπτωση δεν κατέστησαν αξιόπιστα ή πλήρως αποτελεσματικά. Εξ αιτίας αυτού, ο ρόλος τους περιορίστηκε μόνο σε περιπολίες, ενώ απορύσθηκαν λίγο μετά τη λήξη του πολέμου. Μεταξύ των χωρών που τα παρήγγειλαν (συγκεκριμένως το CA.313G) ήταν και η Γερμανία. Λίγα από αυτά τελικώς παραδόθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για αμιγώς εκπαιδευτικούς σκοπούς.
Το βελτιωμένο Caproni Ca.314, όπως και ο προκάτοχός του, κατασκευάστηκε σε αρκετές διαφορετικές εκδόσεις: το Ca.314A ως αναγνώριστικο, το Ca.314B ως βομβαρδιστικό, το Ca.314C για επιθέσεις εναντίον τεθωρακισμένων οχημάτων, το Ca.314RA ως τορπιλοφόρο και τέλος το Ca.314SC ως συνοδευτικό νηοπομπών και ως καταδρομέας εναντίον θαλασσίων στόχων. Στα τέλη του 1941, το Ιταλικό Υπουργείο Αεροπορίας ζήτησε 300 τον αριθμό Ca.314 για να εφοδιάσουν δύο μονάδες νυχτερινών μαχητικών, δύο μονάδες καταδρομών και μια μονάδα τορπιλοφόρων βομβαρδιστικών. Αργότερα, το Μάϊο του 1942, οργανώθηκε και η επανασυγκρότηση της 13ης Μοίρας μετά τις φοβερές απώλειες που υπέστη, έχοντας χάσει πολλά δικινητήρια βομβαρδιστικά FIAT BR.20. Οι μονάδες εξυπηρετούνταν με τα Ca.313 εν αναμονή των Ca.314 που άρχισαν να καταφθάνουν το καλοκαίρι, αρχικά σε 30 κομμάτια. Από τον Αύγουστο, τα νέα αεροσκάφη της 13ης Μοίρας ξεκίνησαν να επιχειρούν από τη βάση της Μαντουρία στον Τάραντα, σε συνοδευτικές αποστολές και σε επιθέσεις εναντίον υποβρυχίων. Τα Ca.314 δεν ενθουσίασαν τους πιλότους, όπου το βάρος καυσίμων, βομβών ή τορπιλών μείωναν αισθητά το χειρισμό του. Η τεχνική επιτροπή που ανέλαβε να επιλύσει το πρόβλημα πρότεινε την ελάφρυνσή τους με την αφαίρεση του οπλισμού τους από το κάτω τμήμα της ατράκτου, κρατώντας μόνον αυτόν που ελεγχόταν από το πιλοτήριο. Η πρόταση όμως δεν έκανε καμία ουσιώδη διαφορά, αφού το αεροσκάφος έγινε ελαφρύτερο κατά 250 μόνον κιλά. Σχεδόν όλες οι νεότερες εκδόσεις του Caproni εστάλησαν σε μονάδες πρώτης γραμμής όλων των μετώπων πλην του ανατολικού. Αρκετά Ca.314 υπηρέτησαν σε Μοίρες βομβαρδιστικών, τορπιλοφόρων και εκπαιδευτικών. Ο αναχαιτιστικός τύπος του Ca.314 έφερε ισχυρό ρυγχαίο προβολέα και συνέδραμε, μέχρι το φθινόπωρο του 1943, στον εντοπισμό στόχων νυχτός με τη βοήθεια επιγείων ραντάρς, καλύπτοντας με τη δράση του ολόκληρο το βόρειο τμήμα της χερσονήσου των Απεννίνων. Στις 8 Σεπτεμβρίου 1943, όταν πια η Ιταλία αποσύρθηκε από τον πόλεμο, η Αεροπορία της χώρας αριθμούσε 53 Ca.313 και 148 Ca.314. Από αυτά, 40 βρίσκονταν σε Μοίρες εφόδου, ενώ πολλά ακόμη καταστράφηκαν κατά τη διάρκεια της εκεχειρίας. Περίπου δέκα το σύνολο Ca.313 και Ca.314, της 103ης Μοίρας Υποστήριξης, μαζί με τέσσερα επιζώντα Ca.309 ενίσχυσαν μονάδες της Regia Aeronautica όπου πολέμησαν στο πλευρό των Συμμάχων. 164 Ca.313 πέρασαν στη Luftwaffe μετά την κατάληψη της Βορείου Ιταλίας, όταν οι Γερμανοί πήραν τον έλεγχο των εργοστασίων της Caproni. Τα κατασχεθέντα αεροσκάφη θυσιάστηκαν τελικώς στις απέλπιδες προσπάθειες του Τρίτου Ράϊχ να αλλάξει τις τύχες του πολέμου που πλέον έκλιναν σθεναρά εις βάρος της Γερμανίας.
