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B-17空中堡垒轰炸机（B-17 flying fortress）是美国波音在1930年代为美国陆军航空军所发展的四发动机重型轰炸机。当时参与竞争此200架新型轰炸机合约的还有道格拉斯和格伦·L·马丁两家公司。在三家竞争者之中，波音设计的机型不但性能突出且更加的符合美国陆军航空军之期望。然而，由于B-17的原型机在一次试飞时坠毁，波音最终并没有得到该笔合约。不过由于陆军航空军对波音的B-17设计印象深刻，因此仍旧订购了13架B-17型轰炸机作为后续评估使用，也自此揭开B-17轰炸机辉煌的战争岁月。自1938年第一架B-17出厂，B-17轰炸机在二战前后历经多次改良，以适应快速变化的空中战场与局势。
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| B-17“空中堡垒” B-17 Flying Fortress[1] | |
|---|---|
一架美国陆军航空兵团的B-17E | |
| 概观 | |
| 类型 | 战略轰炸机 |
| 乘员 | 10人 |
| 首飞 | 1935年7月28日[3] |
| 服役 | 1938年4月 |
| 退役 | 1968年（巴西空军） |
| 设计 | Edward C. Wells E. Gifford Emery |
| 生产 | 波音公司 |
| 产量 | 12,731架[4] |
| 单位造价 | 238,329美元[5] |
| 主要用户 |  美国 英国 |
| 衍生机型 | XB-38 YB-40 C-108 |
| 技术数据（B-17G） | |
| 长度 | 22.66米（74尺4寸） |
| 翼展 | 31.62米（103尺9寸） |
| 高度 | 5.82米（19尺1寸） |
| 翼面积 | 131.92平方米（1,420平方尺） |
| 翼剖面 | NACA 0018 / NACA 0010 |
| 空重 | 36,135磅（16,391公斤） |
| 负载重量 | 54,000磅（24,495公斤） |
| 最大起飞重量 | 65,500磅（29710公斤） |
| 发动机 | 4具莱特R-1820-97气旋式机械增压星型发动机 |
| 功率 | 4×1,200匹马力（895千瓦） |
| 性能数据（B-17G） | |
| 最大速度 | 287英里／小时（462公里／小时） |
| 巡航速度 | 182英里／小时（293公里／小时） |
| 爬升率 | 900呎／分钟（270米／分钟） |
| 实用升限 | 35,600尺（10,850米） |
| 最大航程 | 1,738海里（2,000英里，3,219公里） 携带2,722公斤（6,000磅）炸弹 |
| 翼负荷 | 38.0磅／平方尺（185.7公斤／平方米） |
| 马力重量比 | 0.089匹／磅（150瓦／公斤） |
| 武器装备（B-17G） | |
| 机枪 | 13挺0.5吋口径（12.7毫米）勃朗宁M2重机枪 （包括单一式及双联装机枪塔） |
| 炸弹 | 最多17,417磅（7,900公斤） |
在二次世界大战之中，B-17是美国陆军航空军对德国工业和军事目标进行日间战略轰炸的主力机种。期间，驻在英国的美国第八航空队及布署于意大利的第十五航空队，协同英国轰炸司令部的轰炸机队，对西欧地区的城市、工厂与战区进行日夜不停歇之空中攻击，为之后的诺曼底登陆作战进行铺路[6]。除欧陆战场之外，少数的B-17亦飞翔于太平洋战场之上，承担对日本舰船和机场轰炸的部分任务。
美国陆军航空军在第二次世界大战之前即认为战略轰炸机是强而有力的战略性武器。认为一种长程、高空、装备大量自卫性武装的轰炸机不但能有效的自我防卫，并有能力在战场上承受损害后仍能返回其出发的机场。而战时B-17的表现—诸如在弹痕累累、机翼与尾翼大部分皆已损毁的严重伤害下，仍能以一具发动机飞返机场等种种英勇事迹，给参战各方留下了深刻印象。B-17坚实的机体结构[5]，跟广泛流传的战场幸存故事，使它成为了当时战略轰炸机的象征[7]。相较于当时盟军的其他机种而言，B-17确实是一款极为有效的轰炸武器。不但能飞得更高，更在战争中投下了比任何美军机种都多的炸弹。总计在整个战争之中，B-17机群一共在欧陆丢下了640,000吨的弹药，超过所有美军轰炸机投掷量的40%[8]。
截至2011年9月，仍有13架B-17仍保持适航的状态。另外为数不少的机体仍保存，或静态展示于博物馆之中。
1934年8月8日，美国陆军航空军对外公开了一份用来取代马丁B-10轰炸机的多发轰炸机需求案。美国陆航希望这型轰炸机能有效的强化驻扎于夏威夷、巴拿马及阿拉斯加地区的空中实力[9]。在计划案之中，陆航要求这架飞机必须能在1万英尺的高空携带足够的炸弹有效载荷，并且能维持至少10小时以上，超过200哩/小时的高速飞行[10]。需求案中同时也希望（必非必须条件）该架轰炸机能俱备2000英哩的飞行距离，与最高250哩/小时的飞行速度。
为了回应此需求案，波音公司的工程团队在E. Gifford Emery与Edward Curtis Wells的领导下，自力建造完成了B-17的原型机（Model 299）[11]。这型原型机融合了波音XB-15轰炸机与波音247型运输机的特征，配备4具Pratt & Whitney R-1690黄蜂式活塞发动机，并能携带高达4800磅重的炸弹，与5挺自卫用的.30机枪[12]。
Model 299原型机于1935年7月28日由波音的首席试飞员Leslie Tower完成了第一次的试飞[3][13]。在这架装有多管机枪的庞然大物被缓缓推出机棚时，西雅图时报的记者Richard William突然灵光一闪的联想到'空中堡垒'一词，并使用于他的报导之中[14]。波音公司很快的即意识到这个绰号的价值，因此立即向政府申请'空中堡垒'的商标使用权。从此之后，'空中堡垒'即成为了B-17型轰炸机那广为人知的绰号。B-17最为独特的机枪配置即为它的机鼻机枪。它独特的设计使该名枪手得以向正前方任何角度进袭的敌机射击[15]。1935年8月20日，这架原型机仅仅花费9小时又3分钟即自西雅图抵达怀特试飞场；平均飞行速度达到252哩/小时，明显超出他的竞争对手们一截[16]。
在Model 299飞抵测试场之后，波音装有4发动机的Model 299表现明显的超出其他两个双发动机的竞争者。美国陆航因此意识到四发动机长程轰炸机将远比航程较短的双发动机轰炸机来得有效率，并更为适合陆航所期望轰炸机能扮演的角色[17]。因此，在所有的测试结束之前，陆航的官员便已建议当局采购65架的B-17轰炸机[18][19]。
然而好景不常，1935年10月30日，当陆航的试飞员与波音首席试飞员共同进行Model 299原型机的第二次评估飞行时，飞行组员忘了解除飞行控制面的锁定装置，因此在起飞后飞机即快速爬升并失速坠毁[20][21]。也因此，Model 299并无法完成所有的项目评估。于此之间，虽然陆航的官员对于这架飞机的潜力抱持无比的信心，但它的高昂造价也是部分官员感到却步[22]。（B-17的造价几乎是道格拉斯机种的两倍）[23])由于Model 299机并无法完成所有的测试，因此波音公司也在此场新式轰炸机竞争中失格。于此之故，陆航司令取消了原本要采购的65架YB-17订单，改为订购133架道厂的B-18型双发动机轰炸机[18][19]。
虽然波音因为这次事故而失去了原本可以到手的轰炸机订单，但由于陆航惊艳于Model 299原型机的飞行表现，因此在1936年1月17日时，陆航透过法规上的漏洞而订购13架YB-17（由于采用特殊预算的关系，1936年11月后这批飞机被称作Y1B-17）[19][24]。相较于Model 299，YB-17有一些明显的设计变动，包括采用了更为有力的怀特R-1820发动机。虽然Model 299在试飞时仍是波音公司的财产，也从未被赋予军方编号，但后世研究者通常将Model 299称为XB-17，并纳入B-17的谱系之中。
1937年3月1日至8月4日间，波音公司即交付12架Y1B-17给美国第二轰炸机团供作战技令发展与飞行试验之用[25]。其中一项对后世飞行有重要影响的变革就是飞行前检查表的使用，以避免Model 299坠毁意外的再发生[24][26]。在其中一项极为知名的早期飞行任务之中，三架B-17由导航员Curtis LeMay带领，成功的拦截一艘远在610哩大西洋外海的货船。第13架Y1B-17并没有加入轰炸机团之中，而是被送到怀特试验场进行其他的飞行测试。
第14架Y1B-17（37-369）原本预定要做为结构测试的地面测试机，但后来决定将此架飞机升级，并安装由排气驱动的涡轮增压器。然而，由于涡轮增压器的发展一直出现问题，其原订于1937年进行试飞的时程不断遭到拖延，直至1938年4月29日方才展开试飞。1939年1月31日该机交付陆航使用。[27] 在所有的作战测试皆完成之后，Y1B-17跟Y1B-17A被重新编号为B-17与B-17A，表示该机型已进入作战序列之中[28]。
反对陆航引进B-17的声浪在B-17顺利发展的情形下逐渐消退。1937年末，陆航订购了额外10架的B-17以在美国两岸各装备一个轰炸飞行团[29]。在对控制面、机鼻等进行改良之后，新的B-17B型轰炸机分为5批于1939年7月到1940年3月间交付陆军。1940年7月，陆航更提出了一笔512架B-17的订单[30]；然而，在珍珠港事变之前，仅有不到200架的B-17轰炸机已服役于美国陆军之中。[24]
在1937年1月到1941年11月底这段期间中，美国陆军总共接收了155架各型B-17轰炸机。之后，B-17的订单如雪片般的飞向波音公司，生产数量也快速的往上累加，使B-17成为生产速度最快的大型战机。[31]在生产巅峰的期间，波音公司一个月可以出厂363架B-17轰炸机，相当于每天14-16架之多。到1945年5月战争结束为止，波音、道格拉斯与维加（Vega）公司一共生产了12,731架空中堡垒。[32]虽然Model 299原型机的坠毁几乎将波音公司推向了悬崖的边缘，但事后却发现这是波音的转机。这款基于原型机而改良的轰炸机表现地比原始设计更好，如果没有Model 299的失败，则二战中最著名的轰炸机将不会现身。
| 机型 | 生产量 | 首次飞行 |
|---|---|---|
| Model 299 | 1 | 1935年7月28日[3] |
| YB-17 | 13 | 1936年12月2日[33] |
| YB-17A | 1 | 1938年4月29日[34] |
| B-17B | 39 | 1939年6月21日[35] |
| B-17C | 38 | 1940年7月21日[36] |
| B-17D | 42 | 1941年2月3日[37] |
| B-17E | 512 | 1941年9月5日[38] |
| B-17F (总量) | 3,405 | 1942年5月30日[39][40] |
| B-17F-BO | 2,300 | [39] |
| B-17F-DL | 605 | [39] |
| B-17F-VE | 500 | [39] |
| B-17G (总量) | 8,680 | |
| B-17G-BO | 4,035 | |
| B-17G-DL | 2,395 | |
| B-17G-VE | 2,250 | |
| 总合 | 12,731 |
B-17在整个设计与生产过程中经历数次重大的改良，也因此衍生出许多不同的机型。
首批13架YB-17中，有12架交付位于维吉尼亚州兰利空军基地的第二轰炸机大队以发展重型轰炸机的作战准则与技术测评，另外一架则作为飞行测试之用[41]。作为测试用的YB-17随后成为配备涡轮增压器的实验机，涡轮增压器则是后来B-17的重要关键技术。第14架原本计划用于地面测试的原型机后来安装了涡轮增压器，并在测试完毕后更改编号为B-17A[27][28][42]。
在生产线建立并开始量产B-17之后，波音公司仍持续的改良B-17的基本设计。为了强化B-17的低速性能，B-17B改用比原本设计为大的尾翼与襟翼控制面[35]。B-17C则将原本三个椭圆形的机枪塔更改为两个流线型的椭圆形枪塔，与一个位于机身底部的澡缸状枪塔[36]。B-17自A型到D型的改良主要都是针对它的防御性，而B-17E则是第一个以侵入性战争作为主要任务的改良机型[42]。
B-17E大幅度的更动原来自Model 299的设计。B-17E的机身长度拉长了10英尺，并拥有较大的后段机身、垂直尾翼、尾舵与尾翼；同时它也增加了机尾机枪这个防御火力点。机首大致上仍保留早期B-17的设计，但在驾驶舱后部上方增设一具史佩里公司制电力驱动防御炮塔，以及一具在炸弹仓后方的球型枪塔（早期的-E型则在同位置的配置是一具史佩里645705-D遥控枪塔，但由于难以使用而遭致抱怨连连）[42]。经过这些改良的E型较D型增重20%，但有效强化了B-17的防御能力。搭配涡轮增压器的R-1820发动机也是在这个型号导入，这项革命性改良大幅强化发动机的高空输出功率。[43]
B-17F是1943年第八航空队用来对抗纳粹德国的主要机种。F型轰炸机的特征是后部球型枪塔标准化，以及机鼻从过去的10块结构变更为两块结构，改善前方观测员视野。
除了B-17的正规量产机种之外，B-17当时也有另外两种衍生的试验机型。XB-38改用艾立森V-1710液冷式发动机，以防大量使用于B-17的R-1820发动机无法供应其生产所需。唯一一架的XB-38在第九次飞行中坠毁，而这型设计也自此被放弃[44][45]，V-1710发动机则主要供应战斗机。另一型试验机型则是YB-40，它是在P-51战斗机未问世前陆军航空队对于长程护航的概念研究。YB-40不携带炸弹，在无线电室的上方从单挺防御机枪变更增设一座防御炮塔，在机鼻下方增设一座炮塔，机首两侧各装一挺机枪，炸弹舱增设一组遥控机枪，机身两侧单挺防卫机枪变成双连装，加上既有的防御火器，YB-40有着7座双连装机枪与2挺单装机枪，共拥有多达16挺.50机枪。这些加设的武装使YB-40光是子弹就需要携带11,000发，使YB-40比满载的B-17F还要重上10,000磅之多。由于装备都无法抛弃，因此机身重量较重速度不足的YB-40将无法伴随完成轰炸后抛弃有效载荷的B-17机队。这也导致该计划最后在1943年7月被正式放弃[46][47][48]。但是YB-40的机鼻枪塔技术被导入到B-17F以后的改良型号中，提供B-17更强悍的前方防御。
B-17的自身防御火力不断的在改良中被强化。到了B-17G出现的时候，防御机枪总数已经由7挺增加到13挺，而它们的设计与位置也终于固定下来，成为B-17最后的设计。B-17G是空中堡垒的最后一种发展型，也是集所有发展于一身的终极机种，G型共完成了8,680架，最后一架B-17G在1945年7月28日出厂。许多B-17G被改装以用于其他任务之上，诸如空中运输，发动机测试与空中侦照等[49]。除此之外，一批B-17G也被改装以作为救难搜索用途。这批飞机原本编号为SB-17G，后来则改为B-17H[50]。
二次世界大战后期，为数25架的B-17装置了无线电控制系统与电视摄影机，并搭载20,000磅的高爆炸药，充当大型的精准轰炸导弹（BQ-7）使用。在作战任务之中，BC-7由CQ-17遥控母机伴随遥控飞行至轰炸目标之上遂行任务[51]。
1944年8月4日，第一批4架遥控无人机被派往攻击米诺叶库斯（Mimoyecques）要塞，西拉库尔的V-1发射碉堡，华顿碉堡（Blockhaus d'Éperlecques）与维泽讷地区，然攻击成效不彰。此计划后来在一场不明空中爆炸之后随即终止，这场爆炸造成半径5英哩的严重损伤，使英国政府决定立即终止此项无人攻击机计划，所有的飞机也在1945年初拆解。[51]
B-17于1941年开始出现于第二次世界大战的战场上空。在欧洲，英国皇家空军操作B-17对欧陆的目标进行日间轰炸任务，但其初期的表现却不是十分理想。在太平洋的西侧，同年美国陆军也使用B-17在菲律宾对抗日本的进袭。由于国际情势紧张之故，美国第19轰炸机团在珍珠港事变前几个星期被派驻至菲律宾的格洛克基地，这也是太平洋战场上首批进驻的重型轰炸机部队。然而半数驻守于菲律宾的B-17机队在1941年12月8日准备向台湾进行轰炸之际，在地面遭日军毁灭性的打击。剩下的小部分B-17机队仍在接下来的作战中努力的对抗日本的进袭，直到B-17撤退到达尔文港为止。1942年初，混合操作B-17与B-24重型轰炸机的第7轰炸机团抵达爪哇，与第19轰炸机团残存的B-17共同奋战[52]。但这只小规模的重轰炸机队并无法削弱日军的进攻速度，1942年3月，第7轰炸机团即撤退至印度，仅留下第19轰炸机团在澳洲继续作战[53]。
1942年七月，第一架B-17被飞往英格兰，加入第八航空队的作战行列。同年，另外两批B-17飞抵阿尔吉利亚加入第12航空队在北非的作战任务。在这些战场上B-17大多负担对德军目标进行日间战略轰炸的重责大任，它们针对的目标即为广泛，涵盖码头、潜艇基地、仓库、到机场与生产工场，期望能借由轰炸以削弱德国之军事行动能力[54]。在准备反攻法国的期间中，B-17与B-24对德国的飞机制造工厂展开大规模的袭击行动，并直接面对德国空军对轰炸机队的猛烈袭击[55]。
B-17早期的型号在欧洲战场上被证明并不适合直接面对如此高强度的作战。一直到B-17E加入战场之后，B-17才成功的在美国陆军航空军中立足。但不论如何，战前认为轰炸机在紧密编队下的自卫火力足以自保的理论在欧洲战场上被证明并非如此有效，要达成有效的轰炸任务，轰炸机队仍须战斗机的全程护航。
在第二次世界大战之中，B-17在海外一共装备了32个轰炸机团。它的数量在1944年8月达到高峰，共有4,574架B-17活跃于美国陆军航空军之中[56]。B-17一共在欧洲战场上投下了640,036短吨的弹药，而同时间B-24解放者轰炸机则投下了452,508多吨。它的表现并不下英国当时的轰炸主力：兰开斯特轰炸机。
当英国皇家空军（RAF）卷入第二次世界大战之时，它手上并没有可以立即投入战场的重型轰炸机。当时英国拥有的最大型长程轰炸机为双发动机的威灵顿轰炸机（Vickers Wellington），仅能携带4,500磅炸弹[57]。当斯特林轰炸机与哈利法克斯轰炸机都预计在1941年方能投入战场之时，1940年初英国皇家空军决定透过与美国陆军航空军的双边协议，先行取得20架B-17C型重轰炸机，并命名为堡垒1型。这批B-17C首次投入欧战即于1941年7月8日前往轰炸威廉港，然而结果并不成功[58][59]。7月24日，英国的B-17C机群再次前往轰炸法国布雷斯特地区，但仍旧错失轰炸目标。
当年9月，在英国空军在战斗与意外中累计折损8架B-17C后，B-17C的拙劣表现让英国空军轰炸司令部决定放弃日间轰炸计划。这几个月来的失败也证明B-17仍未准备好面对严酷的战争考验。它需要更强悍的防御能力，更大的弹仓以及更准确的瞄准能力。不论如何，英国日间轰炸的失败经验并没有影响美国陆军航空军的决定，B-17轰炸机仍将作为日间轰炸机之主力[60]。
英国在证明B-17C并不适合进行日间轰炸之后，其余的堡垒1型轰炸机皆被转移至英国空军海岸司令部之下，作为长程海洋巡逻机之用[61]。1942年8月，另外19架堡垒2型（B-17F）与45架堡垒2A（B-17E）也被拨交至海岸司令部下以强化海洋巡逻机之战力。1942年10月27日，一架英国所属的B-17击沉了U-627潜艇，这也是英国飞行堡垒在二战中所击沉的11艘U型潜艇中的第一艘[62]。除此之外，一小部分的B-17也被用作干扰德国雷达之用，以协助英国轰炸主力遂行其轰炸任务[63]。
在欧洲战场上空，美国陆军航空军使用B-17与其他轰炸机执行高空轰炸任务。为了精确的轰炸目标，B-17装置了当时极为机密的诺顿轰炸仪[64][65]。此轰炸仪上的机械式计算机与陀螺仪让该轰炸仪得以精确计算炸弹投放时间与位置，并在轰炸时接管飞机的操作以维持航向与航速的稳定性[66]。
陆军航空军在美国正式参战之后即开始在欧洲建立以B-17E为主的轰炸机队。美国第八航空队的第一支B-17机队（属于第97轰炸机团）在1942年5月12日抵达英国[67]。1942年8月17日，12架属于97轰炸机团的B-17E，在英国空军的护航下，执行了美国陆航在欧陆的第一次轰炸任务[68][69]。该次作战极为成功，仅有两架B-17受到轻微的损伤。
然而在美国轰炸机不断的增加轰炸的强度与频率后，德国也开始强化对轰炸机的拦截能力。双方在空中的对抗强度日益升高，使没有护航战机保护的轰炸任务变得十分艰难且成果不彰[70]。
1943年1月，美国与英国轰炸司令部达成协议，决定在陆军重回欧陆之前，联手进行战略轰炸以削弱德国的空中作战实力。其中美国陆军所属的轰炸机将执行日间轰炸任务，而英国则负责夜间对主要工业城市的轰炸角色[55]。
英美联合轰炸任务一开始针对西欧的目标进行轰炸。美国第八航空队将摧毁德国飞机工业作为其轰炸任务之最优先目标，尤其是德国的飞机组装、发动机制造等工厂[55]。1943年4月，第八航空队将首次的出击任务指向了位于不来梅与雷克林豪森的关键航空工业工厂，而这些目标皆被德国军方给重重保护着[71]。
由于对机场的轰炸并无法削弱德国的战斗机实力，因此更多的B-17机队被送到欧陆战场参加任务，并且必须冒着猛烈的炮火深入德国内部以攻击重要的工业目标。第八航空队将目标放在位于施韦因富特的轴承工厂，并期望借由摧毁该目标而打破僵局。1943年8月17日，由230架B-17所组成的首批轰炸并没有造成该工业区的重大损害。但这些遮天蔽日的B-17机队确遭遇了超过300架德军战机的拦截，并损失了其中36架轰炸机，及其上的200名组员。该天，美国陆军一共损失了60架B-17轰炸机[72]。
1943年10月14日，美国陆军再次针对相同目标组织了第二波的轰炸任务。291架B-17被送往施韦因富特以摧毁该地区的工厂。虽然这次的轰炸任务成功的干扰德国的工业生产，但第八航空队也付出极为惨痛的代价。该日，在超过300架德国战机的拦截下，共有60架B-17被击落，5架在返回英国途中坠毁，12架重创至无法再次飞行。除了损失这77架B-17轰炸机外，另外有122架轰炸机受创待修，仅有33架B-17得以完好无伤的返回英国[73]。超过20%的组员在本次作战中没有回到出发地，其中有些当场阵亡，另外少数人则沦为战俘。
几场轰炸任务下来，B-17跟其操作组员的损失高到美军无法承受的比率。在认清轰炸机的脆弱之后，美军决定暂停深入德国内部的日间轰炸任务，直到拥有可以全程护航的战斗机为止。同时间，德国夜间战斗机的作战能力也显著的提升，逐渐挑战大众对夜色掩护的信赖[74]。第八航空队在1943年10月共损失了176架轰炸机[75]，并在1944年1月11日的任务中承受了近乎同等的伤亡。当日，由于指挥命令未能确实下达，护航机队最终并未跟随轰炸机编队进入目标上空，此错误导致第八航空队损失了60架B-17轰炸机[76][77]。B-17惨烈的损伤在P-51与P-47战机加入欧洲战场后得以改善[78]。1944年在矛头指向德国飞机制造工业核心区域的作战任务中，由于护航战机的全程伴随，B-17轰炸机的损伤率降至7%。该星期在3,500架次的任务中，仅有247架B-17被德国击毁[79]。不过，在P-51野马出现之前，新锐的P-47的最大续航力不足，几乎都是护送机团到德法边境就必须返航。虽然在法国上空替B-17击落不少的Bf-109、Me-109等德国飞机，也替任务机队扫除部分的高射炮阵地。一旦到了德法边境，机团只能被迫独力与纳粹德国空军和防炮部队作战。
到1944年9月时，在40个第八航空队的轰炸机团中，27个操作B-17轰炸机。第15航空队的21个轰炸机团中则有6个操作B-17轰炸机。虽然护航战机有效降低了B-17的损伤率，但德国的对空防炮仍无情的对重轰炸机造成损伤。该局面一直持续到1945年初，直到1945年4月27日时，用来补充战损的轰炸机方才不再抵达英国，同时美国也开始减少每个轰炸机团内飞机的数量。至此，联合轰炸作战终于达成了他的任务[80]。
1941年12月7日，12架从38与88侦查中队来的B-17C与B-17E在由加州前往增援菲律宾的途中，于珍珠港事变爆发的当头飞抵夏威夷。其中2架遭日军攻击损伤，另外10架则在攻击行动中幸存下来[81]。
除此之外，1941年位于格洛克空军基地的美国远东空军也拥有35架B-17轰炸机；战争部原本更打算增加该地的B-17至165架之多[82]。当远东空军收到珍珠港受袭的电报后，刘易斯·H·布里尔顿将军立刻决定将手上的轰炸机与战斗机都送出去执行巡逻任务，以免这些飞机在地面遭到日军的奇袭。同时间，布里尔顿也打算组织手上的B-17对位于台湾的日军机场袭击，但该作战计划遭麦克阿瑟驳回[83]。接下来，一连串的错误命令与错误的情报又严重迟缓了美军对该地战机下达命令的时机；因此当B-17轰炸机与护航的P-40终于准备起飞轰炸台湾时，飞临机场上空的日本轰炸机确将之一网打尽。远东空军因此在开战时刻即损失了他们一半的作战飞机[84]，并在接下来的几天中失去了全部的空中力量。
B-17另一件在太平洋战场早期的战绩发生于1941年12月10日。当日，消息谣传科林·凯利驾驶一架B-17对榛名号战列舰发动自杀性的攻击。日后则证实Kelly攻击的目标是足柄号重巡洋舰，并且投下的炸弹并未直接命中目标。但这样的消息在当时已让柯林成为一位战争英雄。Kelly所驾驶的B-17C在攻击行动中遭坂井三郎所击中[85]，虽然坂井本人在这次事件中认知到B-17的坚固与强韧，但最后该机仍坠毁于格洛克机场约6英哩处。在坠毁之前，Kelly极力的维持B-17的稳定飞行以让他的成员跳伞逃生。他的努力最终让他获得了杰出服役十字勋章[86]。
B-17在早期太平洋战场上的表现可以说十分的糟糕，仅仅在珊瑚海海战跟中途岛之役上有些许的表现[87]。在这两场战役中，第五航空队B-17被派去干扰日军舰队的战列。然而，B-17所进行的高空轰炸却使他的命中率低落到1%左右。不论如何，由于B-17飞行的高度远高于大多数零战所能抵达的高度，同时B-17的重武装也让日本没有装甲保护的战机难以接近，而日本陆航的一式战斗机与海航的零式舰上战斗机二一、三二型也缺乏足够的火力击落B-17。
1943年3月2日，六架隶属于64中队的B-17前往新几内亚外海攻击日本运兵船队，并在低空运用弹跳轰炸（Skip bombing）击沉了3艘运输舰。其中一架B-17被新不列颠起飞的零战所击落，该架零战的飞行员更对跳伞逃生的机组成员进行扫射[88]。接下来，13架B-17由较高的高度攻击运输船队，并宣称击毁其中5艘船舰[89]。
1942年9月，位于太平洋战区的B-17数量达到高峰，共有168架B-17派驻于太平洋战区；1942年中，美军认为B-17并不适合太平洋战区的环境，因此决定在B-24服役后在太平洋战区以B-24取代B-17轰炸机。至此，大多数使用B-17的单位开始了新飞机的换装。这项换装一直持续到1943年中才完成，也结束了B-17在太平洋战场的作战生涯[90]。自太平洋战场上生还的B-17被交付给第54空降大队的特殊空投单位，用于空投邻近敌军的地面部队补给品之用[91]。
在长距离护航战机出现以前，B-17在欧陆上空仅仅能依赖他所装备的.50 M2机枪进行自我防卫。当战争变得越来越激烈之时，波音采纳了飞行人员的意见在新推出的B-17机型上不断的改良并增加防卫火力及装甲[92]。B-17上的机枪数量不断增加，从B-17C型的四挺.50机枪跟一挺.30机枪，增加到B-17G所装备的13挺.50机枪。虽然如此，但由于轰炸机本身过于笨重，不适合空中机动；且在最后投弹时需要维持稳定的直线飞行，单独的B-17在面对德国空军的攻击时仍显得力不从心。
一份1943年由陆军航空兵团所做的调查显示，超过半数被德军击落的轰炸机都是在脱离主要编队的情形下被击落[93]。为了降低这种状况，美军发展了群体轰炸编队的新模式，采用交错立体的菱形防御方阵，让每一架B-17都能被涵盖在其他B-17的火力之中。此举使攻击重轰炸机编队成为一个十分危险的事情[94]。德国空军的战机驾驶员（又称做飞行员猎人）认为攻击B-17的自卫编队就像是面对会飞的豪猪一般。相对的，此种密集的防护编队也意味着所有的轰炸机都得维持相同的飞行方向，因此其中的每一架飞机都无法做出空中机动动作；这使B-17编队成为德国对空火炮极为容易得手的目标。此外，德国空军也很快的发展出高速俯冲攻击的策略来对付B-17的火力编队，以减小面对B-17火力网的威胁。
所以在诸多此般努力之后，B-17的早期任务损失率仍然居高不下，甚至在某些任务中达到25%之多（291架参与施韦因富特第二次空袭的B-17中有60架遭到击落[95]）。这种惨痛的损失一直持续到长距离护航战机的出现为止。尤其是北美P-51战机的突出表现，让德国空军的拦截网于1944年2月到6月间大幅衰退，也让B-17能充分发挥他的战略潜能。
B-17另一项令人注目的特点就是他对于战斗损伤的强韧耐性。许多B-17在负伤之后仍能抵达目标攻击并安全返回出发基地。一位服役于第八航空队的B-17驾驶员（Wally Hoffman）表示"这架飞机就算在敌火下快散成碎片了仍能带我们回家.."[96]。另外一个著名的例子则是一架B-17在与德国Fw 190战斗机相撞之后，在失去一具发动机、并且重伤右舷水平与垂直尾翼的局面下仍能安返基地[97]。这种强韧的表现大大的替B-17加分，使得这架航程与载弹量皆不及B-24轰炸机及兰开斯特轰炸机的飞机仍获得使用者的高度评价。同时他的庞大生产量与轰炸表现也让B-17在欧洲战场上留名青史[98][99]。
在检视过被击落的B-17与B-24轰炸机之后，德国空军的军官发现要击落一架重轰炸机大约需要20发20毫米机炮的炮弹自后方击中目标才行[100]。但同时，德国飞行员平均的击中率仅仅约2%左右，因此要累积20发的命中弹，一个飞行员需要发射1000发的20毫米炮弹[100]。由于早期的Fw 190战机仅装备两具20毫米的MG FF机炮，并搭载约500发弹药。因此要从后方击落B-17变成一件极为困难的事情。然而德国驾驶员也发现B-17的机鼻处防御火力较弱，并且仅仅需要4到5发命中弹即可击落B-17[100]。因此为了弥补Fw 190原本的缺点，德国将Fw 190的机炮数量加倍，并且相应的提高弹药携行量。在1944年时，德国更开始改用MK 108 30毫米机炮，使驾驶员仅需几发命中弹即可击落美军的轰炸机[100]。
1943年8月中，德军更引进Wfr. Gr. 21空对空火箭来强化对抗B-17的能力。在改装过后，一架单发动机的战机能于两边机翼下各携带一枚火箭。少数的Bf 110双发动机日间战机则可携带四枚[100]。然而，由于该型火箭的弹道轨迹成弧形，并且仅有少量战机配备此种武装，此种空对空火箭从未对B-17的密集编队产生严重的威胁[100]。德国空军也曾尝试在双发动机战机上安装大口径火炮（如75毫米加农炮）来对付重型轰炸机，如Ju 88P跟Me 410；但相关的尝试也没有成功的对美军的战略轰炸产生影响。Me 262的出现则对B-17轰炸机产生不小的威胁。他在机鼻所装配的MK 108 30毫米机炮，与后期少数装配的R4M火箭让Me 262能在B-17机群的自卫火网外即开始攻击，并仅需要一发命中即可重创轰炸机[102]。
在二战欧洲战场中，大约有40架B-17因为失事落地或被强迫降落而遭德军俘虏并修复使用。其中约有12架被漆上德军与纳粹的符号重返天空。有些被俘虏的B-17被用作测试B-17的弱点与训练飞行员攻击之用，其他的则被空军航空特战联队（Kampfgeschwader 200)做为长程运输机使用。这些B-17运输机大多用来补给位于中东与北非的特殊单位，因为没有其他德国的飞机能比B-17更加适合负担如此之任务。虽然如此，德军从未试图用这些B-17来混淆盟军的空防。因此所有的德国B-17运输机都一直使用德国空军的标志与编号[103][104]。有一些被俘虏的B-17仍然保持原本盟军的涂装以用来混入B-17轰炸编队之中。他们的目的是提供德国空军更精确的B-17轰炸机位置，以制导空中拦截战机。此类作战一开始获得了些许成功，但盟军很快的就发展了一套标准辨别程序，一旦发现不属于原有编队中的B-17即会对该不明飞机进行攻击[67]。
虽然美国并没有在它的战争资源协助计划中提供苏联B-17轰炸机，但苏联空军由其他管道获得了至少73架B-17轰炸机。这些轰炸机多半是因为在穿越轰炸任务中因机械故障原因、或遭德国空军击伤而迫降在波尔塔瓦地区。苏联至少将其中23架回复至飞行状态，并交付第890轰炸团使用，然而这些B-17从未在战场上出现过。1946年该团移动到喀山地区以协助苏联复制B-29轰炸机之用[105]。
日本至少在占领菲律宾与荷属东印度地区的过程中得到部分毁损的B-17，日本工程师修复了1架D型、2架E型，同时修复机上的诺顿轰炸瞄准仪，这3架B-17后续皆运回日本本土进行飞行评估。日本评估D型较为落伍，而利用2架E型测试发展对抗B-17的战术之用[106]。有趣的是中岛重工技术人员参考B-17内部结构和自行研制十七试大型陆上攻撃机[来源请求]。
美国在战争期间对日本本土的侦照曾有拍摄到它们的行踪，但是美军未有意识到这是修复的B-17。战后，美军进驻日本本土并未发现它们，盟军推测可能是战争末期被解体废弃。[106]
二次世界大战结束之后，B-17很快的退出现役轰炸机的行列。大多数自欧洲返回的B-17都被出售，面临解体或是熔解的命运；少量幸运被留下来的B-17则大多转做行政专机、海上搜救与空中侦查之用[107][108]。1946年美国新成立的战略空军司令部在1946至1949年使用B-17（编号为F-9，后来改为RB-17）做为空中侦查机[109][110]。1947年当美国空军自陆军中独立后，大多数的B-17都被转移至新成立的空军手上。
在空军时代，这些B-17大多被当作空中海上搜救机使用。把B-17改装以携带救生艇的发展始于1943年，但直到1945年2月后这种海上救难机才在欧洲战场上开始服役。在太平洋战场上，这型B-17也被用来救援B-29的机组人员。一共有130架左右的B-17轰炸机被付与此类的任务，一开始它们的编号是B-17H，后来则改为SB-17G；其中一些SB-17仍保有机上原本装备之武装，好在战斗区域搜救时能够有最基本的自保能力。在二次世界大战后，SB-17不但参加过朝鲜战争，更一直在美国空军中服役到1950年代中期为止[50][111][112]。
1946年，一些自二战后即失去舞台的B-17被改装为无人飞机，负担十字路口行动核弹试爆中的空中采样任务。由于这些B-17上没有操作人员，它们有能力在非常靠近蘑菇云的区域采样，甚至直接穿越蘑菇云的区域。在十字路口行动获得成功之后，更多的B-17被改装成为无人机，或是无人机控制母机以做为核弹试爆观测之用。这些飞机也被当作是地对空导弹与空对空导弹的靶机使用[113]。大约有107架B-17被改装为无人遥控机[114]；1959年8月6日，美国空军最后一次使用B-17轰炸机做为AIM-4空对空导弹测试的标靶。7天后，B-17机队正式自美国空军中除役。
自二次世界大战的最后一年到战后不久的时间中，美国海军自陆军航空军获得了48架B-17轰炸机做为海上巡逻与搜救之用。其中最初的两架B-17被用来做为技术发展之用[109]。在1945年7月31日，这些海军所操作的B-17被改称PB-1，继承了1925年波音Model 50飞船的原本编号[115]。
32架B-17G[116]被海军改装为PB-1W空中预警机使用（-W代表预警机）。PB-1W在机腹下安装了一具S波段的AN/APS-20雷达，并且安装了额外的油箱以延长航程。最初海军选定以B-17做为改装平台是因为相中该型机的防卫火力，但这些机枪在后来也皆被撤除。这些PB-1W皆被漆成深蓝色—自1944年底起海军的标准涂装色彩--[109][115]。归功于它所携带的APS-20雷达，PB-1W成功的扮演了空中预警机的角色[116]。PB-1W在美国海军服役至1955年为止，并逐渐的为洛克希德的WV-2（即美国空军的EC-121）所取代。
1945年7月，16架B-17从海军被移交给海岸警卫队使用，并在1946年7月改编号为PB-1G[109][112]。海岸警卫队的PB-1G大多驻守于美国本土与纽芬兰地区，做为空海搜救，海上冰山监测及空中侦照使用[112]。PB-1G通常在机腹下携带空投救生艇做为搜救使用[112][117]；海岸警卫队使用PB-1G一直到1959年10月为止[109][117]。
部分自军方除役的B-17轰炸机在战后被交给由CIA所成立外围组织所操作，执行秘密的情报任务。这些组织包括民航空运公司CAT）、美洲空运（Air America）及山区航空（Intermountain Aviation）等公司。B-17大多被这些组织运用于在中国境内空投情报员之用。此类任务多由中华民国籍的组员担任飞行任务，并从台湾西部各地机场出发。一共有四架B-17在执行任务之中被中共解放军击落，机上人员大多罹难与被俘[118]。
这些B-17执行任务的范围广达中国西藏地区。1957年，数架B-17被撤除武装，并改为全黑涂装，在9月中自台湾飞抵格洛克空军基地。并从该地出发前往西藏地区执行任务。其中两次进入西藏地区的任务系由一架B-17G（44-85531)执行。
1962年，美国一架B-17（N809Z）担纲执行冷足行动（Operation Coldfeet），飞抵苏联于北极圈内一处废弃的浮冰观测站（NP 8），并空投两名调查员进行调查工作。数日之后，同架B-17再度飞临废弃观测站上空，并以天钩系统回收这两名调查员[119]。1965年，安装天钩系统的同一架B-17也出现在007系列电影霹雳弹之中。目前这架飞机被展示于美国俄勒冈州的长青航天博物馆之中，并已回复原本的B-17G配置。
B-17是一种多功能的大型飞机，美国在二次世界大战中曾经将B-17部属于12个不同的单位之中；英国也将B-17投入在轰炸任务以外的任务之中。由于它的航程与筹载皆逊于其他机型（如B-24），因此B-17仅在欧陆战场被大量的使用。在需要较长航程的太平洋战场上，B-17的表现就没有那么出色。B-17在美国陆航的数量达到顶峰时曾有4,574架[56]，但战后此数量即迅速减少。
为了避免德军飞行员以几发子弹就重创一架B-17，自D型开始，机鼻架设的50机枪或是30机枪。B-17轰炸机是二战盟军四发轰炸机中武装最多，装甲也最厚的（起码比后来的B-25、B-26还厚）
短程(<400英里)，8000磅。长程(>=800英里)，4500磅。特殊装载，17600磅
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