2,5-Dichlorophenylhydrazine ใช้หลักในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ โดยเฉพาะในการผลิตสีย้อมและเม็ดสี ทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการผลิตสีย้อมอะโซ่หลากชนิด ซึ่งนำไปใช้ในสิ่งทอ หมึก และพลาสติกสำหรับการย้อมสี นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเกษตรเป็นสารตั้งต้นสำหรับสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น สารกำจัดศัตรูพืช และมีบทบาทในการพัฒนายา โดยใช้ในการสร้างส่วนประกอบออกฤทธิ์เฉพาะ การประยุกต์ใช้ขยายไปยังห้องปฏิบัติการวิจัย ที่ใช้ในการศึกษาทางเคมีและปฏิกิริยาเพื่อสำรวจสารประกอบหรือเส้นทางใหม่ๆ เนื่องจากมีโครงสร้างที่ทำปฏิกิริยาได้หลากหลาย จึงเป็นสารสำคัญในห้องปฏิบัติการเคมีอินทรีย์