SA.321G — основная серийная модификация — противолодочный вертолет для ВМС Франции (поставлено 25 машин). Двигатели «Турмо IIIС6» (1550 л.с.), впоследствии замененные на «Турмо IIIС7» по 1600 л.с.). Главный редуктор рассчитан на передачу мощности в 4000 л.с. Основу бортовой поисково-прицельной системы составлял радар «Omera-Segrid» ORB-31D. В ходе модернизации установили более совершенную РЛС ORB-32, а также инфракрасную камеру «Клио». Для поиска подводных лодок применялась ОГАС «Томсон-Синтра» HS-12. Вооружение общей массой до 2000 кг размещалось на двух внешних узлах подвески по бортам вертолета. Как правило, вертолет брал до четырех 324-мм противолодочных торпед Мк46, или же до восьми глубинных бомб Мк49, Мк52 либо Мк54. В 70-х гг. SA.321G были оборудованы для применения ПКР «Экзосет» АМ-39 (2 единицы). Несколько машин, привлекавшихся для обеспечения действий отрядов «коммандос», вооружили 20-мм пушкой Мк621. Эта стандартная легкая зенитка французского флота «перекочевала» на вертолет в комплекте с корабельной тумбовой установкой и броневым щитом, благо габариты кабины «Супер Фрелона» позволяли обойтись без существенных доработок. Часть машин была построена в транспортном варианте, хотя обозначение осталось тем же — SA.321G. Эти вертолеты не имели поисковой РЛС, отсутствовал и обтекатель её антенны.
SA.321M — экспортный вариант для Ливии. Оборудовался двигателями «Турмо IIIС6» и РЛС ORB- 31 WAS. В 1970 г. было заказано 9 машин.
SA.321F — гражданский вариант с двигателями «Турмо IIIСЗ» (1300 л.с.).
К сухопутным относились следующие модификации:
SA.321H — транспортно-десантный вариант для ВВС Ирака. Оборудовался двигателями «Турмо IIIЕ6» (1550 л.с.). Было поставлено 14 таких вертолетов, часть из которых позже оборудовали прицельными РЛС и вооружили ПКР «Экзосет». Эти машины приняли участие в «танкерной войне». Один «Супер Фрелон» был сбит парой иранских «Фантомов» 14 февраля 1986 г. при попытке атаковать танкер в районе острова Харк. Несколько машин (как минимум, две), доставленных в конце 80-х гг. во Францию для ремонта и модернизации, были задержаны в связи с введением эмбарго после агрессии Ирака против Кувейта. По состоянию на 2005 г. эти вертолеты находились на консервации в Мариньяне, состояние их на данный момент неизвестно.
SA.321L — транспортно-десантный вариант для ВВС ЮАР. Двигатели «Турмо IIIЕ6» (1550 л.с.). Было поставлено 17 вертолетов, применявшихся во время многочисленных конфликтов с соседями ЮАР в качестве транспортно-десантных.
Последние машины сняты с вооружения в начале 90-х гг.
SA.321K — транспортно-десантный вариант для ВВС Израиля (поставлено 12 машин).
SA.321V — вариант для Ирана. Изготовлен единственный экземпляр.
SA.321J — пассажирская модификация.
SA.321Ja — вариант для Китая, формально считавшийся гражданским, фактически же — противолодочный (поставлено 13 вертолетов). Оборудован двигателями «Турмо IIIСЗ» (1300 л.с.).
Впоследствии строился по лицензии в Китае.
Хотя первоначально предполагалось, что «Супер Фрелон» станет единым тяжелым вертолетом для всех трех видов вооруженных сил Франции, реально эти машины поступили на вооружение лишь морской авиации. Первая партия SA.321G в количестве 17 экземпляров была заказана в 1963 г. Весной 1966 г. эти машины начали поступать в морскую авиацию. Первой машины нового типа приняла эскадрилья 20S — испытательно-тренировочная часть, базировавшаяся в Сен-Рафаель (отметим, что во французской морской авиации существуют равнопорядковые части под разными названиями — эскадрильи и флотилии; разница состоит в том, что первые выполняют преимущественно вспомогательные функции, а вторые являются боевыми). К ноябрю 1967 г. часть получила пять «Супер Фрелонов» в транспортном варианте, а в декабре поступил первый противолодочный вертолет. В дальнейшем в этой эскадрилье постоянно находилось несколько «Супер Фрелонов» (как серийных, так и предсерийных), использовавшихся для различных испытаний. 1 февраля 1991 г. вертолетная эскадрилья 20S была объединена с аналогичной самолетной частью 10S. Новая испытательная эскадрилья унаследовала номер последней. «Супер Фрелоны» эксплуатировались в ней до 1995 г., когда были списаны последние две машины этого типа.