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直到 1943 年末，大量装备了共和 P…47 雷电和洛克希德 P…38 闪电战斗机后，B…17 才有了有效的护航战斗机。这些战斗机能将护航范围延伸至汉堡一线。结果，轰炸机的损失马上明显下降。如 9 月 27 日对爱登港的空袭，308 架 B…17 由于有 262 架 P…47 的有效掩护，所以仅损失 27 架，战损率为 2。27％，P…47 仅损失 1 架。1944 年春出现的北美 P…51D 野马立即成为最有效的护航战斗机，能将飞行堡垒一直护送到柏林。
欧洲的冬季，天气经常很糟糕，为了能在恶劣多云的气候条件下遂行轰炸任务，一些飞行堡垒安装了英国发明的 H2S 雷达，雷达通过扫描云层下的地面产生一幅能被受训操作员读懂的“地图”。这一装置的美国版本是 H2X“穿云轰炸”雷达，安装在 B…17 原先机腹炮塔的位置。这些装备雷达的飞机一般担任先导和探路机，编队中的其余飞机跟随这架飞机投弹。这一先进装置首先使用在对德国爱登（Emden）港的轰炸中。
1944 年 1 月 11 日，600 架轰炸机出动轰炸德国的航空工业目标，但由于天气原因，只有 238 架 B…17 实际在目标上空投弹，损失 60 架。
1944 年 2 月 20 日，USAAF 和英国空军联合进行了对德国航空工业为期 5 天的持续轰炸，史称“Big Week”。在这一天总共出动了一千架飞机，分别轰炸了不伦瑞克（Brunswick）、奥斯舍莱本（Oschersleben）、伯尔尼堡（Bernberg）和莱比锡（Leipzig）的战斗机工厂。“Big Week”的代价是昂贵的，损失了 244 架重型轰炸机和 33 架战斗机。然而这些轰炸也在一定程度上削弱和牵制了德国空军兵力，为盟军 D 日登陆铺平了道路。差劲的天气始终伴随着“Big Week”，也在一定程度上减少了机组的伤亡。不管怎样，此役后德国空军元气大伤，再也不能组织起以前那种大规模的抵抗，只有在盟军轰炸重要目标时才拼死一博。
1944 年 3 月 4 日，B…17 首次轰炸了柏林，P…51 战斗机进行了全程护航。3 月 6 日，600 架 B…17 重返柏林，德国空军倾巢出动，击落了 69 架 B…17 和 11 架战斗机。
1944 年 5 月，USAAF 将优先目标改为产油设施。5 月 12 日，开始轰炸德国产油设施和合成油生产中心。这些轰炸造成德国燃料和润滑油供给突然极度短缺，在只有短短两个月的攻击中，德国的原油产量减半（还因归功于第 15 航空军轰炸罗马尼亚的普罗耶什蒂（Ploesti）油田，苏军占领普罗耶什蒂之后，发现 90％ 的产油设施已被盟军炸坏），通过破坏合成油生产中心也附带截断了用于生产炸药的氮和甲醇的供应。战后对战略轰炸的调查显示对德国产油设施的轰炸对缩短战争最有助益。
随着盟军在意大利的节节胜利，B…17 以意大利为基地已能够触及德国境内的目标。1943 年 11 月，第 15 航空军成立，负责实施从意大利起飞的对德轰炸，杜立特的第 12 航空军也并入第 15 航空军，杜立特担任司令。这样当第 8 航空军因为英国的恶劣天气而无法出动时，地中海战区的第 15 航空军也能够继续执行任务。一旦盟军占领意大利福查（Foggia）周围的基地，第 15 航空军就能够对法国南部、德国、波兰、捷克和巴尔干半岛的目标进行轰炸，其中一些目标是在英国无法触及的。
第 15 航空军在 1943 年 11 月 2 日开始行动，轰炸了在奥地利维那…努斯达特（Weiner…Neustadt）的梅赛施密特工厂。第 15 航空军的重要成就之一是在 1944 年 7 月…8 月对普罗耶什蒂油田的轰炸。
1945 年初，德国国防军和德国空军已被 USAAF 的 B…17、B…24 和英国空军的兰开斯特（Lancaster）、哈利法克斯（Halifax）和斯特灵（Stirling）联合进行的战略轰炸所造成的燃料和供给短缺而拖垮。尽管已经付出了巨大的牺牲，这些重型轰炸机的机组人员仍日复一日地勇敢出击。
F…9 照相侦察机
F…9 系列（F 为“Photo”）是 B…17 轰炸机的侦察改型。二战中有 16 架 B…17F 被改装成 F…9 侦察机，拆除了轰炸装备，并在机鼻和后机身安装了照相侦察设备用于执行远程侦察任务，保留了一部分防御武器。
F…9A 改装数量不祥，与 F…9 相比，仅在照相设备的配置方面不同，一部分 F…9A 后来进一步改进照相设备后，改称为 F…9B。F…9B 共有 25 架，一部分由 F…9A 升级而来，一部改装自 B…17F。
另外还使用 B…17G 改装了 10 架 F…9C，照相设备与 F…9、F…9A/B 稍有不同，拆除了颚部炮塔并在此处安装了照相机。1948 年美国空军成立后，幸存的几架 F…9C 安装新的命名规则型号重新定为 RB…17G。
PB…1 海军的飞行堡垒
1945 年 6 月，B…17G…100…VE 44…85683 被转交给美国海军用于飞行试验，海军称为 XPB…1，开创了 B…17 在海军中服役的先河。1946 年 8 月，第二架 XPB…1 服役，被科内尔航空实验室（Cornell Aeronautical Laboratory）用于喷气发动机测试直到 1955 年。
在战争的最后一年中，美国海军获得了 48 架 USAAF 剩余的 B…17（仅一架 F 型，其余为 G 型），准备用于巡逻以及海空救援任务。起初这些飞机型号仍使用 B…17，在 1945 年 7 月 31 日后改为 PB…1（PB…1原先是海军在 1925 年时的一艘实验性飞艇）。
海军航空署为其分配的序列号从 77225…77258，82855…82857，83992…84027，其中的 31 架被改装为 PB…1W 反潜机，这些飞机大多数是由道格拉斯生产的，1945 年夏从长滩工厂直接飞到宾夕法尼亚州的海军飞机改装单位接受改装。机腹下炸弹舱的位置安装了巨大的通用电气 AN/APS…20 搜索雷达，另外还装备了先进敌我识别器，中继雷达发射机，能与其它机载机载或舰载无线电进行通讯的先进无线电设备，并安装了额外的油箱，这些装备使其具备了早期空中预警系统的雏形。改装完成后的飞机被涂成深蓝色，这是海军于 1944 末启用的标准涂装。还未等到 PB…1W 部署完成，战争就结束了，于是拆除了防御武器。
1946 年 4 月，VBP…101（巡逻轰炸机）中队首先装备了 PB…1W，凭借 APS…20 搜索雷达的优势，PB…1W 最终的用途是早期预警而不是原先设想的反潜。到 1947 年，大西洋和太平洋舰队都已装备了 PB…1W。原先部署在东海岸的 VPB…101 中队更名为 VX…4（测试评估），并进驻罗德岛的匡塞特角（Quonset Point）航空站。1952 年 VX…4 又更名为 VW…2（预警）并移到马里兰的帕图森河（Patuxent River）航空站。VW…2 的主要任务是早期预警，次要任务是反潜和飓风探测。1952 年在夏威夷巴伯角（Barber Point）航空站成立了 VW…1 中队，装备 4 架 PB…1W，VW…1 是由密拉马（Miramar）航空站的 VC…11（混成）和圣迭哥（San Diego）航空站的 VP…51（巡逻）中队合并而成的，任务与 VW…2 类似。
PB…1W 一直服役到 1955 年，逐渐被洛克希德 WV…2 取代，WV…2 预警机是从洛克希德 1049 星座客机改装的。退役的 PB…1W 被送往亚历桑那州海军飞机封存中心。1956 年中期从海军财产目录清单中注销，并作为剩余物资被卖掉，其中 13 架被当做废金属卖掉。
剩余 17 架 B…17G 则由海军转交给海岸警卫队，用于执行海空救援任务。这些飞机拆除了全部防御武器，在机腹挂装了一艘可伞降的希金斯（Higgins）A…1 救生艇，并在原先颚部炮塔的位置安装了搜索雷达，与 USAAF B…17H 做的改装基本相同。
1946 年 6 月 PB…1G 进入海岸警卫队服役，部署在了海岸警卫队 5 个站：北卡罗来纳州伊丽莎白市（Elizabeth City）、加州旧金山（San Francisco）的两个站、加拿大纽芬兰的两个站，以及阿拉斯加州和华盛顿州，操作区域遍及北美。PB…1G 主要任务是海空救援，除此之外还要担负冰山巡逻和航空制图任务。担任救援任务的飞机除了在机腹吊挂救生艇外，机身也漆上醒目的黄色和黑色的救援条纹。海岸警卫队的 PB…1G 服役时间很长，最后一架（44…85828， BuNo 77254）在 1959 年 10 月 14 日退役并被当成剩余物资卖出，后又作了多年的灭火机。
B…17作战序列
以下是二战中装备 B