首架 PBY-2，BuNo 0454，1937 年 5 月 15 日交付 VP-12
1939 年珍珠港基地第 2 巡逻机联队 VP-10 的 PBY-2
首架 PBY-2 在 1937 年 6 月完工，圣迭戈第 11 巡逻中队首先装备新型号，到 10 月接收完毕 12 架。可可-琐罗的 VP-2 到 11 月换装完毕，珍珠港的 VP-10 在年末接收完毕 12 架。VP-7 和 VP-17 在 1938 年 1 月 PBY-2 生产结束时部分装备了该机。
PBY-2 的升降舵不再有 V 形缺口，方向舵中部开槽，嵌入平尾，以后的型号都沿袭了这个设计。请观察右边 PBY-2 模型尾部
借鉴装备 PBY-1 时的经验，换装 PBY-2 的中队都前往圣迭戈进行换装训练，随后驾驶新飞机返回基地。
VP-2 于 1937 年 12 月 8 日将 14 架 PBY-2 转场返回运河区可可-琐罗基地。1938 年 1 月 19 日，创造跨太平洋转场飞行先例的 VP-10 中队（1934 年 1 月 10/11 日驾驶 6 架 P2Y-1 转场至夏威夷）将 18 架 PBY 转场到夏威夷，航程 4,108 公里，耗时 20 小时 30 分。1942 年 5 月 21 日，巡逻中队的最后一架 PBY-2 转交给训练司令部，1945 年 4 月 30 日，最后一架 PBY-2 从海军装备清单上注销。
1942 年 6 月 5 日，训练司令部在杰克逊维尔的 PBY-2
1937 年 12 月联合向理查德.阿克伯德博士交付了一架新的 PBY 代替 GUBA 号用于新几内亚探险。这是一架改进过的 PBY-2，公司型号 Model 28-3，继承了 GUBA 号的民用注册号-NC777 和它的名字。1938 年 6 月 GUBA II 号跨越太平洋飞往新几内亚，支援接下来持续 11 个月的新几内亚探险。探险结束后 GUBA II 号回到美国，来去总航程相当于环球一周。1939 年 5 月 GUBA II 回到纽约时，正赶上纽约世博会。1940 年 10 英国海外航空公司购买了 GUBA II 号用于西非运输业务，表现杰出。1944 年 GUBA II 号不幸在一次风暴中多处受损后被废弃。
理查德.阿克伯德博士的 GUBA II，注意安装了桨毂整流罩
1936 年海军与联合签订了 66 架 PBY-3 的订单。PBY-3 根据部队使用经验做了一些细微之处的改进，结构上有些变化，另外还增加了一些装备，但总体而言与 PBY-2 区别不大。PBY-3 装备 900 马力的普惠 R-1830-66 发动机，这样尽管总重有所增加，性能还是有所提高。新发动机采用下吸式汽化器，所以原先型号在发动机罩下方的汽化器进气口被移到顶部。
1938 年 8 月，VP-9 的 PBY-3 在华盛顿西雅图湖进行前进基地训练
圣迭戈的 VP-7 和 VP-9，珍珠港的 VP-4 和 VP-18，可可-琐罗的 VP-5，以及新近在西雅图成立的 VP-16，在 1937/38 年间都换装了 PBY-3。VP-4 和 VP-5 自行将他们的新飞机飞回基地，遵循海军单位自行将飞机从交付地飞回基地的政策。
珍珠港的 VP-21 和 VP-22，可可-琐罗的 VP-32 到 1941 年 12 月 7 日才完全装备 PBY-3。珍珠港事件中，VP-22 有 6 架 PBY-3 被毁。1943 年 3 月 11 日，最后一架 PBY-3 从可可-琐罗的 VP-32 中队退役，与先前型号一样，退役的 PBY-3 都转到训练司令部。1945 年 5 月 31 日最后一架 PBY-3 从海军退役。
1937 年 12 月 18 日海军定购了 33 架 PBY-3，这是所有 PBY 家族中数量最少的型号，且最后 4 架被用作 PBY-5 的试验台。PBY-4 与 -3 之间的区别不大，发动机改为普惠 R-1830-72，起飞功率 1,050 马力，3,658 米高度功率 900 马力，极速 317 公里/小时。螺旋桨毂装有整流罩，这是 PBY-4 独有的。
VP-21（前 VP-1）在 1939 年 9 月抵达菲律宾，PBY-4，注意桨毂整流罩
最后 4 架 PBY-4，BuNo1241、1242 和 1243 成为 PBY-5 的测试机，安装了腰部气泡状观察窗，其中 1241 还安装了为 PBY-5 设计的新垂尾和发动机舱。
1938 年年中，隶属珍珠港第 2 巡逻机联队的 VP-1，在交出了 PK-1 双翼机后前往圣迭戈换装 PBY-4 并进行训练。换装结束后，该中队在 1939 年 6 月 28 日将 15 架 PBY-4 飞回夏威夷。9 月 VP-1 更名 VP-21，受命前往菲律宾加入大西洋舰队。在这次途径中途岛、威克岛和关岛的史无前例飞行中该中队没有发生事故，顺利抵达菲律宾，成为建设中的美国海军远东空中力量的重要组成部分。1940 年该中队被编入大西洋舰队第 10 巡逻机联队，番号又改回到 VP-1。
驻菲律宾第 10 巡逻机联队的 PBY-4 涂上了适应战区环境的迷彩伪装，据信是灰蓝相间
其他装备 PBY-4 的单位只有 VP-18，也隶属第 2 巡逻机联队。到 1939 年年中，该中队已装备了 16 架崭新的 PBY-4，番号改为 VP-13，但是在 1939 年 7 月海军巡逻中队整编时又改为 VP-26。这还不是最终的番号，与 VP-1 中队一样，VP-26 沿着 VP-1 的飞行路线前往菲律宾，1940 年 12 月 16 日抵达马尼拉，加入新成立的第 10 巡逻机联队，该联队母港菲律宾卡威提海军航空站（NAS Cavite）。VP-1 最终番号为 VP-101，VP-26 为 VP-102。
1939 年 6 月，美国对外航空公司购买了一架 PBY-4 的民用型，民用注册号 NC 18997。这架飞机被命名为“跨大西洋”（Transatlantic）号，用于开拓北大西洋邮政货运航线。跨大西洋号机长是美国海军中最富盛名的大型水上飞机飞行员之一，帕特里克.J.伯恩斯（Patrick J"Pappy"Byrnes）准尉。跨大西洋号最后在 1944 年被海军征用为货运机。