注意两个发动机之间的机翼前缘的散热器进气口
XB-38 在 1943 年 5 月 19 日首飞，由于艾利逊发动机增加的动力，XB-38 比使用星型发动机的 B-17E 飞得快些。但是，XB-38 原型机在 1943 年 6 月 16 日由于发动机起火被烧毁，无法与使用赖特发动机的 B-17E 进行全面的比较。但是无论如何，XB-38 增加的性能有限，并且 P-38 闪电和 P-40 战鹰两种战斗机对艾利逊发动机发动机需求量很大，XB-38 投产的话势必影响战斗机的生产。所以 USAAF 决定停止 XB-38 的进一步研究工作，并取消了另外两架 XB-38 的改装计划。
飞行中的 XB-38
XB-38 性能规格表 发动机：4 具艾利逊 V-1710-89 液冷 V-12 发动机，高度 7,620 米时 1,425 马力。 性能：最大时速 526 公里（7,620 米），巡航时速 364 公里。实用升限 9,053 米。最大航程 3,862 公里（载弹 1,361 千克）/3,057 公里（载弹 2,722 千克）/5,792 公里（空载）。 重量：空重 15,762 千克，正常起飞重量 25,402 千克，最大起飞重量 29,030 千克。 尺寸：翼展 31.63 米，全长 22.56 米，全高 5.84 米，翼面积 131.92 平方米。 军械：一挺 7.62 毫米机枪，可安装于机身前部任一球形机枪座。机背一座斯佩里 Model 645473E 动力炮塔，内置两挺 12.7 毫米白朗宁机枪，每挺带弹 500 发。机腹一座斯佩里 Model 654849-J 动力炮塔，内置两挺 12.7 毫米白朗宁机枪，每挺带弹 500 发。腰部两侧 12.7 毫米白朗宁机枪各一挺，每挺带弹 400 发。尾部两挺 12.7 毫米白朗宁机枪，每挺带弹 500 发。
1942 年中期，有 45 架 B-17E 援助英国空军，英国空军序列号从 FK 184-FK 213、FG 449-FG 460、FG 462-FG 464。由于这批 B-17E 交付给英国空军的时间比 B-17F 稍晚，既然 B-17F 已经称为堡垒 II，所以 B-17E 只能称为堡垒 IIA 了。
也许是因为使用堡垒I的不愉快的经验，英国空军不再将堡垒 IIA 投入一线，而是交给空军海防总队用于执行大西洋的反潜巡逻任务。1942 年 8 月，堡垒 IIA 进入基地位于托尼岛（Thorney Island）岛的第 59 中队服役。
一架空军海防总队的堡垒 IIA（FK 185）在机鼻安装了一个实验性的布里斯托（Bristol）B.16 机鼻炮塔。这个炮塔内置一门 40mm 维克斯“S”炮，炮手在炮塔下方突出的舱室中进行遥控操纵，炮塔横向转动角度 30 度，俯仰角 40 度。这门威力巨大的炮专用于反潜。
B-17F
作为飞行堡垒家族中的新成员，B-17F（Model299P）接替了 B-17E 的生产。F 型是根据早期太平洋战场上使用 B-17C/D 的经验于 1942 初开始进行改进设计的结果。
在外观上你可能无法区分 B-17F 与 B-17E，它们之间的区别仅能通过机鼻透明整流罩有无边框来区分，因为材料工艺的进步，F 型使用了单块的整体吹制成型的有机玻璃整流罩，除了平板的投弹窗口外，整个透明机鼻没有边框。但是 B-17F 内部有超过 400 项的改进，另外还配备了新型号的球形炮塔、外部炸弹挂架、宽弦螺旋桨、改进型氧气系统、化油器进气口滤尘器、双重制动系统、自动驾驶仪，并且在机鼻加装了球形机枪座。B-17F 的发动机是较新型的赖特 R-1820-97“旋风”，短时间内最大紧急功率 1,380 马力。为了配合较宽的螺旋桨叶片进行顺桨，修改了发动机整流罩的设计。起落架经过加强，允许最大起飞重量增加到 29,484 千克，后期则增加到 32,659 千克。
1943 年 3 月，第 91 轰炸机大队的 B-17F 在德国上空，此时在 B-17 上表面的橄榄绿中加入了中绿色的斑点，美女号也是此涂装
首架 B-17F（41-24340）于 1942 年 5 月 30 日首飞。由于 B-17F 边生产边改进，每一批次出厂的飞机细微之处都有不同，所以引入了生产批次号的概念，批次号以“-”加在型号之后。另外 B-17F 开始由 B.V.D.联合生产，不同厂家之间的批次号可能会重叠，所以又引入了工厂代码的概念，同样以“-”加在批次号之后。波音的西雅图工厂是“BO”，之所以不使用“BS-Boeing Seattle”是因为“BS”有 Bullshit 之嫌；道格拉斯的长滩工厂是“DL”；洛克希德的威加分部“VE”。B-17 会在机身上标出完整的型号、批次号、工厂代号，以便维护人员能够对应相应的维护文档方便维护。首批 50 架 B-17F 是波音生产的 B-17F-1-BO，波音的第二批 50 架是批次号“5”，第三批 50 架批次号是“10”，但批次号之间并不一定是按照这个间隔。B-17F 的生产总数为 3,405 架，波音制造了其中的 2,300 架，最后的批次号达到“130”。
在收到波音的一架 B-17E 样机和所有的必须的蓝图后，洛克希德的威加分部在加州伯班克（Burbank）洛克希德航空港边缘新建的 A-1 工厂开始生产 B-17F。
威加生产的第一架 B-17F-1-VE（42-5705）在 1942 年 5 月 4 日首飞，伯班克工厂在转产 B-17G 前共生产了 500 架 B-17F（最终批次号达到 50）。
道格拉斯在加州长滩的工厂也开始生产 B-17F，道格拉斯共生产 605 架 B-17F（B-17F-1-DL 到 -85-DL）。在所有 B-17F 中，只有道格拉斯生产的头三架和威加生产的头五架批次号是 1。
部署在欧洲的第 8 航空军的 B-17F 首先参战，于 1943 年 1 月 27 日轰炸了威廉港，这是美军首次轰炸德国本土。在欧洲的作战很快就显示了 B-17F 在遭遇敌机从前方进攻时的脆弱性，敌机从 12 点方向射击出的弹丸，穿透了透明的机鼻和驾驶舱风挡之后，避开了机身的重型装甲板和高炮护板直接杀伤无防护的乘员。为此 USAAF 在机场匆忙进行了装甲改装，但效果不彰，除此之外只能采取增加前方防御火力的办法，所有前机身空余的球形机枪座都装上了机枪。著名的“孟斐斯美女”号（Memphis Belle），第 91 轰炸机大队第 324 轰炸机中队的 B-17F-10-BO（41-24485）前机身就安装了 4 挺机枪，两挺在透明机鼻的左右两侧，另外两挺在后方舷窗两侧。