En 1960 fue presentado el 310D con un nuevo diseño de cola, y el 310F se caracterizó por añadir una ventanilla extra en cabina.
El 320 Skyknight fue desarrollado a partir del 310F, montando motores turboalimentados TSIO-470-B, aire acondicionado, equipo de oxígeno estándar y una cuarta ventanilla en cabina.
Las ventajas del Cessna 310 sobre sus contemporáneos, tales como el Piper Aztec, fueron su velocidad, los costes operativos y los posteriores kits de modificaciones a la venta, como el "Robertson STOL", que lo convirtió en una de las aeronaves más populares para vuelos a lugares extremos.
Además, podía operar en pistas cortas, a la vez que transportar una carga útil de 907 kg (2000 lb).
En 1957, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) seleccionó, tras una evaluación competitiva, una versión ligeramente modificada el Cessna 310 como aeronave ligera de transporte y enlace administrativo.