Броня Pz.I легко пробивалась снарядами 37-мм противотанковых и 75-мм полевых пушек польской армии. Так, при прорыве позиций Волынской бригады кавалерии под Мокрой, например, 35-й танковый полк 4-й танковой дивизии Вермахта потерял одиннадцать Pz.I, против которых поляки успешно применяли даже танкетки. Пулеметный обстрел бронебойными пулями двигателя и бензобаков давал неплохие результаты. При встречах же с танками 7ТР «единичке» и вовсе приходилось туго. Например, 5 сентября, во время контрудара польских войск под г. Петркув-Трыбунальским танки 7ТР 2-го батальона легких танков уничтожили пять Pz.I.
К концу Польской компании потери Вермахта составили 320 Pz.I; из них 89 машин были потеряны безвозвратно.
Для боевых действий в Дании и Норвегии на базе 35-го танкового полка 4-й танковой дивизии был сформирован 40-й батальон специального назначения (40.Pz.Abt.z.B.v.), материальную часть его в основном составляли танки Pz.I.
К началу наступления на Западе 10 мая 1940 года Панцерваффе располагали 1214 танками Pz.I, 523 из них находились в боеготовом состоянии. Количество машин этого типа в танковых соединениях Вермахта заметно уменьшилось. Больше всего — по 106 единиц — их имелось в 3-й и 4-й танковых дивизиях; в остальных дивизиях — от 35 до 86.
Наиболее крупным боем с участием Pz.I стала битва у Намюра. 12 и 13 мая 1940 года 3-я и 4-я немецкие танковые дивизии потеряли там 64 Pz.I. У «единичек» не было шансов при столкновении с французскими танками — толстобронными и вооруженными пусть слабыми, но все-таки пушками. Поэтому, несмотря на то, что во время французской кампании танковые бои носили эпизодический характер, потери немцев были весьма существенны: 182 Pz.I.
В операциях Балканской кампании принимали участие «единички» 2-й, 5-й и 11-й танковых дивизий.
Стоит также упомянуть, что 25 Pz.I в составе 5-й легкой дивизии Африканского корпуса воевали в Северной Африке.
На 22 июня 1941 года вермахт располагал 410 исправными танками Pz.I, причем в танковых частях первой линии имелось только 74 машины. Еще 245 танков находились в ремонте или переоборудовании. К концу года на Восточном фронте были потеряны практически все задействованные Pz.I — 428 единиц. В боевых частях они уже почти не встречались, и за весь следующий — 1942 год — Красная Армия уничтожила лишь 92 Pz.I. В этом же году их сняли с вооружения. Оставшиеся машины переделывали в основном в транспортеры боеприпасов. Некоторое их количество использовалось в составе полицейских частей в боях с партизанами, а в Германии — для подготовки и обучения танкистов.
Трофейные танки Pz.I, правда весьма ограниченно, применялись Красной Армией, и только в 1941 и 1942 годах. В этой связи хочется рассказать об одной любопытной боевой машине, созданной на московском опытном заводе ВИМ, занимавшемся в годы войны ремонтом танков, значительную часть которых до осени 1943 года составляли трофейные боевые машины.
В феврале 1942 года на завод прибыли три командирских KI.Pz.Bf.Wg. на шасси Pz.Kpfw.I Ausf.B. Довольно долго их ремонт не представлял никакого интереса, поскольку танки не имели пушек, а радиооборудование было практически неприменимо в Красной Армии. Но фронт требовал хорошо вооруженных боевых машин, и потому на предприятии объявили конкурс на оснащение трофеев артиллерийскими орудиями отечественного производства. Особого выбора не было, ибо на завод поставили лишь около четырех десятков 20-мм пушек ТНШ, 20-мм авиационных мотор-пушек ШВАК и пять 45-мм танковых пушек образца 1938 года.