轰炸德国潜艇坞
1943 年 1 月 3 日，第8轰炸机司令部引入先导机概念，轰炸机编队中设立一架先导机，编队中的所有投弹手必须跟随先导机投弹，改变了原先自由投弹的做法。通常先导机内安排有技术最精湛的投弹手，所以这种战术能达到较好的精度。
二战期间英国乡间常见的景象：堆积的炸弹与飞行堡垒
北非作战成功后，USAAF 恢复了对欧洲大陆的轰炸。1943 年 1 月 14 日，盟军在卡萨布兰卡召开会议，确定了美英两国对德战略轰炸的总方针：英国皇家空军专事夜间轰炸，目标定为“不加限制”的德国城镇；美军以 B-17 轰炸机为主力机型的第 8 轰炸机司令部进行白天精确轰炸，目标是军事设施，并以摧毁德军潜艇的支援设施为首要目标，因为该潜艇直接威胁着盟军的大西洋运输线。1943 年 1 月 27 日第 92、303、305和第 306 轰炸机大队的 B-17F 首次轰炸了德国境内的目标——威廉港的潜艇建造设施，其中 3 架被 Fw 190 战斗机击落。
在 3 月 18 日轰炸德国威格萨克（Vegesack）的不来梅.伏尔康（Bremer Vulkan）造船厂的行动中首次使用了自动飞控装置（AFCE），AFCE 连接诺顿投弹描准器和自动驾驶仪，在投弹的最后阶段接管飞机控制。德国战斗机进行了顽强抵抗，但行动缺乏协调。
投弹手位置，注意战时被列入机密的诺顿瞄准具
1943 年 4 月 17 日，不来梅（Bremen）的福克.沃尔夫（Focke-Wulf）工厂遭到 115 架飞行堡垒的轰炸，德国空军竭力迎战，有 16 架 B-17 没有返回，创下了开战以来最高的战损率。这只是个开始，德国战斗机的防御开始变得更加有效和协调，轰炸机的损失率经常超过 10%，尤其是当飞行堡垒前往超出护航战斗机飞行半径的地点时。在研究了 B-17 的弱点后，德国战斗机开始采用迎头攻击的战术。这项战术据称是德国空军欧根.梅耶（Egon Mayer）中尉首创的，他注意到 B-17 的前向防御火力很薄弱，背部炮塔和机鼻机枪都存在着无法覆盖的盲区。B-17 在机鼻匆忙增加了附加机枪以增强前向火力，但实际上 B-17 对来自前方的供给缺乏装甲保护，这一缺陷更致命。另一个头疼的问题是，B-17 被高射炮或加农炮弹击中后容易起火，但这一问题从未得到真正的解决。
在美因兹上空投弹的 B-17F
1943 年 6 月，著名的“孟斐斯美女”号成为第一架完成 25 次机组任务配额的飞行堡垒。6 月 13 日，在基尔军港的空袭中，出动轰炸机 228 架，损失 22 架，其中尚不包括那些免强返航后报废的飞机。
第 534 轰炸机中队的 B-17F 等待起飞
USAAF 下一阶段的对德空袭目标的重心是摧毁德国的航空工业，其中的一项关键策略就是破坏德国的滚珠轴承工厂，因为差不多在任何机器的可动部件中都必须用到滚珠轴承。1943 年 7 月 24-31 日，第 8 轰炸机司令部持续高强度轰炸了 16 个主要的工业目标，8 月 17 日，又同时轰炸了施韦因福特（Schweinfurt）的滚珠轴承厂和雷根斯堡（Regensburg）的梅赛施密特工厂。这是开战以来最深入德国本土和出动 B-17 数量最多的行动，双方为此展开了激烈空战。空袭分两次进行，第一波 146 架轰炸机于当天上午飞向雷根斯堡，机群刚飞越荷兰海岸线，即遭到 Fw 190 拦截。但是德机并不急于开火，而是稳稳地跟在后面。当美机编队即将进入德国领空、护航的 P-47 和喷火战斗机到达燃油极限不得不掉头返航时，Fw 190 才一齐开火，仅在埃菲尔（Eiffel）地区上空，就击落 B-17 飞机 4 架。待这些 Fw 190 弹尽开始返航时，Bf 109 便又接火开始新一轮攻击。完成轰炸的 B-17 飞往北非降落，补充燃料和弹药后顺道轰炸了法国波尔多（Bordeaux）的福克.沃尔夫工厂返回英国，第一波共损失飞行堡垒 24 架。下午出动的第二波遭遇更惨：229 架轰炸机在飞过荷兰河口上空失去 P-47 掩护后，旋即遭到德战斗机的攻击。这次行动中的 376 架轰炸机，有 60 架末归，战损率高达 16%。这星期中 USAAF 损失了超过 100 架的 B-17，如果按照这个速度继续下去，第 8 轰炸机司令部不久就会消失。
第 95 轰炸机大队飞向德国，B-17F 在高空拉出的尾迹蔚为壮观
1943 年 8 月到 9 月间，新型的 B-17G 抵达英国，新的颚部炮塔增强了前向火力。9 月 6 日，超过 400 架轰炸机轰炸了斯图加特（Stuttgart）的 VKF 滚珠轴承工厂，由于云层的阻挡，编队没有发现目标，炸弹被盲目投放在市区。总共有 45 架轰炸机被战斗机和高炮击落。10 月 14 日，B-17 再一次拜访了施韦因福特，291 架飞机损失了 60 架。
剪影中可是看到一架正在进入攻击位置的 Me 110 截击机
1943 年末，面对骇人的损失和可怜的战果，USAAF 被迫重新考虑继续白天轰炸是否值得。邱吉尔从未相信过白天精密轰炸，并且建议 USAAF 跟英国空军一道开始夜袭。尽管对德国航空工业进行了狂轰滥炸，但是飞行堡垒遭遇的德国战斗机的数量却有增无减。德国航空工业的恢复能力令人惊异，高效率的德国工人和大量被强迫劳动的战俘能在几天内修复损伤并使破损的工厂重新恢复运转，除此之外，武器部长艾伯特.施佩尔（Albert Speer）实施的疏散计划也功不可没。
USAAF 决定继续进行白天轰炸，但是无护航深入德境的轰炸行动被极大缩减。在 1943 年最后的几个星期中，第 8 轰炸机司令部将任务限定在护航战斗机航程可及的范围之内，不再冒险穿越。
尽管损失惊人，USAAF 还是决定继续轰炸德国工业设施。1943 末，美国战略航空军在欧洲成立，卡尔.斯帕兹（Carl Spaatz）中将任司令。战略航空军将担负起指挥从英国和意大利基地起飞的对德轰炸行动，并与英国空军的夜间轰炸相协调。
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。