荷兰水牛安装固定的大尺寸尾轮，安装直径 3.12m 不带桨叶柄整流袖套的寇蒂斯电气螺旋桨。机身安装两挺 7.7mm 机枪，机翼安装两挺 12.7mm 机枪。荷兰方面指定要安装防弹玻璃风挡、反射式瞄准具、自封油箱和机枪加热装置，但其中多数设备在交付前没有安装。
1941 年 4 月，布鲁斯特飞机开始抵达爪哇（Java），最后一架水牛在 1941 年 9 月交付完毕。在东印度群岛的整个服役期间，荷兰的水牛进行了多次外场修改与升级，最后多数延误的设备都完成了安装，但许多 Model 339C/D 始终没有安装反射式瞄准具，一直使用简单的环形准星。
荷兰在爪哇森普拉卡（Semplak）成立了两个水牛中队：第 5 大队的第 1 和第 2 中队（1-VLG V/2-VLG V）。1941 年 11 月，第1中队移防婆罗洲（Borneo）基地，同时并有两个新的水牛中队：第 4 大队第 3 中队和第 5 大队第 3 中队成立（3-VLG IV/3-VLG V）。
日本开始进攻东印度群岛时，2-VLG V 移防至新加坡附近的英国机场，与英国的水牛中队一道保卫新加坡。此时，荷兰的一部分 Model 339C 已安装了防弹风挡。当日本人如潮水般进入新加坡时，2-VLG V 后撤至婆罗洲加入 1-VLG V 对日军作最后一博。但是这无法阻止日本的优势，两个中队又后撤至爪哇。
在爪哇，3-VLG IV 和 3-VLG V 攻击了入侵苏门答腊（Sumatra）的日军。1942 年 2 月 9 日，3-VLG IV 的机场遭受日军空袭，大部分水牛被摧毁在地面，不得不于 2 月 12 日解散，3 架仅存的水牛被并入 2-VLG V。
荷兰东印度群岛陆航的 Model 339D 在美国进行接收试飞
日军的进攻非常快速，到 1942 年2月中旬，已经占领了除爪哇外的所有东印度群岛。1942 年 2 月 26 日，日军侵犯爪哇，但荷兰 3 个水牛中队仅有 12 架布鲁斯特飞机可飞，但他们仍继续出击。在 1942 年 3 月 7 日，水牛战斗机进行了最后一次任务，3 月 8 日爪哇陷落，3 月 9 日，东印度群岛荷军守军投降。
东印度群岛的水牛战斗机在数量、速度、机动性和爬升率上都比不上零式战斗机，在三个月的战斗中，30 架布鲁斯特战斗机在空战中被击落，15 架被摧毁于地面，还有一些由于事故而损失，17 名飞行员战死。水牛的战绩还不错：荷兰宣称水牛击落了 55 架日机，交换比接近 2：1。
荷属东印度群岛陆军航空队的 Model 339D
布鲁斯特 F2A-3
1941 年 10 月海军转入战时体制，作战飞机涂上了上兰灰下浅灰的伪装色。图中是 1942 年的海军陆战队 F2A-3
F2A-3（Model 439）是美国海军的最后一个型别的水牛，于 1941 年 1 月订购了 108 架。此时的海军已经不再对水牛感兴趣，并且对布鲁斯特时常发生的拖延很恼怒，看起来这家公司的管理混乱从未结束。
F2A-3 的机翼与发动机罩之间的前部机身重新设计，延长了 25.4cm（10in）。在机翼前部和机身中增加了油箱使内部燃料容量增加到 908.40L。另外增加飞行员防护装甲和弹药基数，去掉了座舱盖金属框架以改良视野，飞行员座椅后方增设了一个求生筒。最初的型号保留了 F2A-2 的大型螺旋桨毂整流罩，但很快就去掉以减轻重量。F2A-3 保留了 F2A-2 的 1200hp 赖特 R-1820-40 发动机。
增加的 302.80L 燃料容量显著增加了航程——最大航程达到了 2703.12km（1680miles），使 5~6 个小时的巡逻任务变成例行公事。但是由于重量的增加降低了性能，最高速度减少到 516.49km/h（321mph），爬升率跌落到 914.40m/min（3000ft/min）以下。许多飞行员还是较喜欢 F2A-3 而不是 F4F 野猫，但一位老资格的水牛飞行员说他决不会驾驶超重的 F2A-3 参战。
F2A-3 开始交付于 1941 年 1 月，8 月起，VF-2、VF-3 和 VS-201 都换装了 F2A-3，VF-3 不久后又换装了 F4F 野猫。
第一架 F2A-3，1941
在大西洋上空，VS-201 的 F2A-3 从长岛号航母起飞执行了中立巡逻任务，随行的还有寇蒂斯 OSC 海鸥（Seagull）观测机，VS-201 的水牛一直服役到 1942 年 4 月。
1942 年 6 月，一架 VMF-211 的 F2A-3 在长岛号航母着舰时起落架折断。VMF-211 是最后一个装备水牛的单位
在珍珠港遭袭时，VF-2 是太平洋舰队中唯一装备 F2A-3 的中队，他们执行了一些巡逻任务，唯一的作战行动是在低空攻击了一艘日本潜艇。1942 年 1 月下旬，VF-2 换装了 F4F。
海军全面换装 F4F 后，F2A-3 进入海军陆战队服役。海军陆战队一直在不断扩大其陆基战斗机中队的数量，使用水牛战斗机进行新飞行员的培训。F2A 是圣地亚哥（San Diego）和夏威夷训练中队的最初装备，在水牛机上完成培训后，新手就可以改飞 F4F 野猫了。
1943 年 8 月，迈阿密航空站，飞行员正在 F2A-3 中进行学习
除了训练中队外，有两个一线中队也装备了 F2A-3，一个是 VMF-211 战斗机中队，基地位于夏威夷以南 1609km（1000miles）的帕尔迈拉（Palmyra）岛；另一个是 VMF-221，部署在中途岛（Midway）。VMF-221 在 1942 年 3 月 10 日创造了美国水牛的第一个战绩，一个四机编队击落了一架在中途岛附近侦察的二式飞艇（H8K）。VMF-211 在 1942 年 6 月 4 日参加了中途岛战役，他们的 21 架 F2A-3 和 5 架 F4F 部署在中途岛防备日本舰载机的空袭，结果在空战中几乎全军覆没，13 架 F2A-3 和两架 F4F 被击落了，几乎占了总兵力的 60%。
这场灾难注定成为美国水牛战斗机的最后一次作战。F2A-3 差劲的性能招致了来自媒体和海军的严厉批评，P.R.怀特（P.R.White）上尉说到：“我坚信，如果哪位指挥官派飞行员驾驶 F2A 出去作战，那么当战机离地时，指挥官就应该明白飞行员是回不来了。”海军陆战队对在海军将 F2A 扔到迈阿密航空站（NAS Miami）作为高教机很久后还要驾驶这种过时飞机参战尤其郁闷，中途岛之战后，海军陆战队终于可以摆脱水牛飞机，所有的 F2A 都被当作了教练机。