尽管预算有限，但美国陆军与对此感兴趣的飞机制造商合作进行了深入的研究，以研制大型轰炸机。1933年年底，美国军方开始对超远程、多引擎、单翼轰炸机进行初步研究。波音公司和马丁公司提交了初步的设计和工程数据，陆军航空兵团于次年就额外的技术信息、测试、风洞模型和全尺寸模型等的合同签署工作展开了谈判。

B-17“飞行堡垒”

　　1934年，陆军航空兵团想要一款重型轰炸机，其速度可与最新式的外国驱逐机相媲美，并且具有强大的火力来对抗敌人的集中攻击。他们特别希望获得一架能挂载数吨炸弹，可在24000英尺（约7315米）以上的高度飞行，并且航程足以使其能够以每小时250英里的速度（约400千米/小时）单程飞越一片大陆的飞机。他们还要求获得这样一架飞机：其应具有携带着强大的攻击力飞到远海，并能够拦截和摧毁任何企图入侵美国海岸线的敌人的能力。尽管在分发下去的设计竞标建议中并未指定采用两台发动机（即所谓的“多引擎”），但除了一家制造商以外，其他所有的制造商都认为只需要在标准的基础上设计一款性能优越的双发型号。波音公司的工程师们注意到了设计竞标建议中的漏洞，并研制了一架全新的轰炸机，即四引擎轰炸机。设计竞标建议要求在12个月内完成设计和研发模型的制造工作。对波音公司来说，这是一场赌博，因为除了纯粹是投机行为之外，倘若设计未获得成功，那么研发费用也不会得到补偿。

波音公司用于竞标的Model 299飞机，机鼻下方的一个缺口是轰炸窗口的位置

　　XB-17（波音Model 299）于1934年9月问世。由于美国从未生产过这种轰炸机，因此存在许多问题。当时世界上的四发轰炸机（如苏联的佩-8）只生产了很少的数量，但这些飞机速度缓慢、笨拙且性能不足。XB-17在设计上进行了许多改进，为了减少空气阻力，必须在机身内部挂载炸弹。其他改进包括将机身内的飞行员和机组成员布置在保暖且隔音的机舱内；安装额外的机枪，以从机身上凸出的炮塔中射击；改用新型汉密尔顿恒速螺旋桨，以提高对不同飞行情况的适应性；研制了用于方向舵和升降舵的配平片，以确保能更轻松地控制飞机的俯仰；尽可能消除机体表面上所有的突起，以保证这是一架在空气动力学上“干净”的飞机。

　　1935年8月，XB-17成功地进行了首飞，从西雅图飞到了代顿市的莱特机场，以开展进一步的评估。这次飞行距离2100英里（约3380千米），平均速度为232英里/小时（约373千米/小时）。这架飞机的性能，再加上四引擎设计的尺寸、重量和军械，给陆军航空兵团的轰炸飞行员留下了深刻的印象。在稍后的性能测试中，这架XB-17在起飞后因控制装置意外锁定而坠毁。饶是如此，这一设计的潜力是如此之大，以至于陆军航空兵团签署了合同，要求提供13架飞机和1架静态测试模型。这些飞机将配备政府提供的“莱特”发动机。合同类型为固定价格合同，总额为3823808美元。13架飞机中，每架飞机的单价为246030美元，静态测试模型的单价为171225美元。陆军航空兵团为这款飞机赋予了“B-17”的军用代号。

　　提供给军方用于测试的型号的起落架（可与尾轮一起完全收回机身内）配备了压缩空气制动装置，这在美国陆军所有的轰炸机中属于首创。四台850马力的“莱特”发动机使该机在14000英尺（约4267米）的高空速度可达256英里/小时（约412千米/小时），实用升限为30600英尺（约9327米）。在操作速度下，该机可挂载着2500磅（约2268千克）重的常规炸弹飞行2260英里（约3637千米），最大滞空时间为10.4小时。该机还能以每小时228英里的速度（约367千米/小时）巡航，此时其能够挂载着最重达500磅（约454千克）的炸弹负荷飞行1700英里（约2736千米）（译者注：原文数据如此，疑似有误）。

Y1B-17飞机，注意发动机舱上方的进气管

　　在对XB-17进行性能测试的同时，试飞中的其他轰炸机都遇到了大量维护方面的问题。陆军航空兵团坚信，性能优异的B-17轰炸机为建立强大的空中进攻力量开辟了道路，因此他们开始讨论试验性地研制和生产更大、性能更强的飞机的方法。陆军方面对是否由独家研发四引擎型号（以执行所有的远程任务）进行了论证，但是，陆军部仍然不相信需要装备航程超过3500英里（约5633千米）的轰炸机。

　　在1936年至1940年间，波音公司位于西雅图的工厂共研制了A、B、C、D四种型号的B-17轰炸机，总产量134架。尽管B-17主要被设计为一款“防御型”飞机，但通过使用涡轮增压发动机，其仍为未来开展高空战斗轰炸奠定了基础。以上就是二战开始时美国陆军航空兵团可用的标准B-17型号。

来自国外的竞争

　　1938年，美国陆军航空兵团开展了一项研究，探讨了某些外国机型的性能为何超过了航空兵团自己装备的飞机的性能。他们比较了B-17、最新的德国四引擎容克斯Ju 89和苏联四引擎特勃-6轰炸机的性能。军事情报表明，这些外国型号具有较高的飞行高度和较快的飞行速度，不过这些优势是通过牺牲乘员的舒适性，并取消了机身上突起的炮塔来提高速度而实现的。而且，这些国外型号使用的是特种发动机，其产生的功率超过美国发动机使用高辛烷值燃料时产生的正常额定功率，这些也有助于提高性能。饶是如此，B-17使用的是涡轮增压发动机，这将其作战高度提升到了20000英尺（约6100米），比德国和苏联的轰炸机高6000英尺（约1830米）。不过这还不足以说服美国陆军航空兵团的参谋长，因为后者相信正在研制的美国轰炸机没有达到国外飞机的性能指标。他认为，尽管机组人员的舒适性和操作方便性对提高战斗力很重要，但为了提高飞机的性能，却应当牺牲舒适性和操作方便性。作为陆军航空兵团研究的结果，美国装备部开始对研发一种新轰炸机产生了兴趣，这种新轰炸机不仅可以和B-17“搭配使用”，而且要能超过国外同类试验性飞机的性能。