“跨大西洋”号
联合卖出的最后一架 PBY 民用型也是 PBY-4 的改型，1939 年 7 月交付英国用于研究。交货时这架飞机由 GUBA 号的机组驾驶从圣迭戈飞到英国费利克斯托（Felixstowe）。这次经由加拿大博特伍德（Botwood）的飞行是二战中军用飞机的首次跨大西洋交付飞行。P-9630 由皇家空军人员在费利克斯托的海军飞机试验站进行详细测试，给皇家空军留下了深刻印象。
皇家空军购买的 PBY-4，编号 P-9630
Armstrong Part3
PBY-5 卡特林娜
1939 年秋联合公司的 PBY 项目似乎陷入了低谷，此时离最后一架 PBY-4 交付海军已近一年，在一线服役的 PBY 也将退役，而联合公司更先进的 Model 31 还在研制中。但 9 月希特勒入侵波兰后英德开战，皇家空军立即向联合定购了 106 架 Model 28-5（PBY-5），英国称为卡特林娜 I。1939 年 9 月美国确立了中立巡逻方针，从而对巡逻机的需求量大增。12 月 20 日美国海军采购 200 架 PBY-5，这是自一战一来美国海军最大的一笔军机采购。
1941 年在匡西特角海军航空站的 PBY-5，隶属 VP-52，注意腰部气泡观察窗
PBY-5 的几处改进已经在最后交付的 4 架 PBY-4 上经过了验证。平尾和升降舵经过，方向舵后缘成直线。在外观上最显著的变化就是将原先腰部机枪窗口的滑动门改为气泡状观察窗，扩大了腰部机枪手的射击观察范围，并将自卫武器统一为 12.7 毫米口径。另外把 PBY-4 安装在机身上的无线电测向仪环形天线移到机翼上。PBY-5 的动力装置为一对普惠 R-1830-82，起飞功率 1,200 马力，驱动汉密尔顿标准液压控制螺旋桨。PBY-5 极速 322 公里/小时，最大航程 3,162 公里。
PBY-4 与 PBY-5 垂直尾翼对比
卡特林娜两侧气泡观察窗视野良好
1940 年 9 月海军接收了首架 PBY-5。第二架 PBY-5 BuNo 2290 转交给海岸警卫队。9 月 15 日，海军又增订 90 架 PBY-5，并在 10 月将“卡特林娜”定为 PBY 正式绰号。
战时海上巡逻的 PBY-5，从和平时期银光闪闪的铝质蒙皮更改成上蓝灰下浅灰伪装色
美国海军博物馆中的 PBY-5，PBY 非两栖机现已幸存不多了
英国定购的 Model 28-5 在 1940 年 11 月开始交付，因在装备上的略微不同又被分为卡特林娜 I/II 型。这些出口的飞机由美国对外航空公司的机组人员先飞到英属殖民地百慕达群岛（Bermuda），然后英国机组人员接手完成前往英国的最后飞行。皇家空军海防总队第 209 和 240 中队首批装备了卡特林娜。美国海军派出了 16 名经验丰富的 PBY 飞行员来帮助英国同行进行转换。1941 年 5 月，第 209 中队编号 WQ-Z 的卡特林娜发现了在北大西洋逃逸的卑斯麦号战列舰。
皇家空军海防总队第 209 中队的卡特林娜
1940~1941 年间，联合不断接到水上巡逻机的追加订单，卡特林娜是当时盟国唯一的水上巡逻机。澳大利亚定购了 18 架卡特林娜 I，加拿大定购 36 架，称为坎索，荷兰为东印度军队定购 36 架，法国定购 30 架，法国陷落后这批飞机转交给了英国。这些出口的卡特林娜与美国海军的飞机共用同一生产线，结构上与海军的 PBY-5 一样，但在内部的军械、无线电、救生装备等细节之处按购买方标准实施，所以各不相同。
澳大利亚空军的卡特林娜 I
1939 年春最后一架生产型 PBY-4 BuNo 1245 被改装为水陆两用飞机，安装了可收放前三点式起落架。前起落架完全收入前机腹，主起落架收入机身两侧的轮舱内。改装完毕后飞机空重增加了 1,043 千克，型号也改为 XPBY-5A。原型机在 1939 年 11 月 22 日首飞。认识到水陆两用飞机的实用性与多功能性后，海军在 1939 年 2 月签订了合同，将定购的后 30 架 PBY-5 改为 PBY-5A 两栖机。盟国跟进定购 PBY-5A 两栖机。1940 年 12 月 5 日海军又增订了 134 架 PBY-5A，1941 年 6 月增订 30 架，1941 年 10 月增订 22 架。
最后一架生产型 PBY-4 成为 PBY-5A 原型机，注意注意下的机轮 PBY-5A 主轮结构
1940 年波音在温哥华的波音加拿大工厂开始按许可证生产 PBY，首批 55 架坎索 A（PBY-5A）是由联合提供的组件组装的。
加拿大制造的坎索 A（PBY-5A）
海军本身也在研究如何进一步改进 PBY，海军工程师提出的方案是修改机身设计，并改进机翼和尾翼以增进性能和操控性——无论在水上还是空中。上述改进原先要被联合引入 PBY 生产线中，但如此重大的改动势必会造成 PBY 交付的延误。作为替代办法，1942 年海军飞机厂建立了一条新生产线来生产改进型飞机。新飞机型号为 PBN-1 游牧民，机身船形底部经过以更加符合空气动力学原理，投弹窗口前加装蛤壳状舱门，后机身延长 1.42 米并垂尾下方位置安装了水刹车板，重新设计了翼尖浮筒以改善起降性能。机翼经过加固并增加了机翼内部油箱，重新设计尾翼，垂尾大大增高，彻底解决了以前 PBY 的方向稳定性问题。另外还升级了电子系统，机鼻采用动力炮塔，内置一挺 12.7 毫米机枪。
诸多改进的实施拖慢了生产进度，156 架生产型直到 1943 年 2 月才开始交付，最后一架到 1945 年 3 月交付完毕。美国海军只获得了其中的 17 架，剩余的租借给了苏联。
租借给苏联的 PBN，PBN 的识别特征是机头完美的船首曲线
在 PBY-5 的生产后期引入了 PBN 的高垂尾，型号也改为卡特林娜 IV（PB2B-2）。卡特林娜 IV 同时也集成了大多数 PBY 后期型的特征，包括机翼尾翼加热除冰装置，球形机鼻炮塔，驾驶舱上方的雷达。这些飞机在波音加拿大工厂生产（这也是型号为 PB2B-2 的原因），其中多数在英联邦空军服役，包括皇家空军、澳大利亚空军、加拿大空军，少数在美国海军服役。