Die einsitzige Halberstadt D.I wurde Ende 1915 eingeführt und war aus dem zweisitzigen Aufklärer Halberstadt B.II entwickelt worden. Sie besaß einige strukturelle Verstärkungen und war mit einem vorwärtsfeuernden Spandau-MG ausgestattet. Als Antrieb diente ein 100 PS starker Mercedes D.I-Motor. Die verbesserte Variante D.II, die im Sommer 1916 eingeführt wurde, besaß schon einen 120 PS starken Mercedes D.II-Motor und ein verändertes Kühlsystem. Sie diente zuerst als Begleitjäger, wurde dann aber den neuen Jagdstaffeln zugeteilt. Der Fronteinsatz im Westen dauerte allerdings nur wenige Monate, die Halberstadt war bei den Piloten nicht sehr beliebt - sie galt als untermotorisiert, mit nur einem MG als zu wenig feuerkräftig und konnte nicht die Steigraten alliierter Kampfflieger erreichen. Dafür war sie sehr wendig und robust, und die Entente-Luftstreitkräfte hatten durchaus Respekt vor ihr.
Später, als diese Maschine durch die leistungsfähigere Albatros D.III ersetzt wurde, gingen die Flugzeuge zum Teil an die türkischen Luftstreitkräfte, wo sie bis Kriegsende gegen die Briten und Russen kämpften. Ein anderer Teil wurde als Trainingsflugzeuge eingesetzt oder gelangte an die Ostfront, wo sie dem harten technologischen Wettlauf mit den Westmächten nicht ausgesetzt waren und gegen die in jeder Hinsicht weit unterlegenen Russen gute Dienste leisteten.

Anfang 1917 wurde die verbesserte Version D.V in Dienst gestellt, die über zwei Maschinengewehre und einen sperrholzverkleideten, stromlinienförmigeren Rumpf verfügte. Darüber hinaus war sie mit stärkeren Motoren ausgerüstet - meist dem 160 PS Mercedes Benz D.III - und insgesamt leistungsfähiger und robuster als ihr Vorgänger. 33 Maschinen wurden an die türkischen Luftstreitkräfte geliefert und blieben bis Kriegsende im Dienst.