领机编队在 10 分钟的绕圈等待后，看到天空开始发白，就开始攻击。这 3 架 PBY 在 3,600 米高度转向目标，但此时被激怒的军舰和岸上防空炮火发现了领机编队并对其猛烈射击，同时 6 架战斗机（可能是零式）出现在空中。枪弹从各处射向 PBY 编队，由于规避战斗机使 PBY 无法保持编队，各机独自发起攻击。混战中两架零式被击中退出战斗，其余继续拦截卡特林娜并击落了领机，两架僚机见无法继续实施水平轰炸，于是向目标舰进行俯冲投弹。炸弹在约 3,000 米高度释放，在投弹后飞机仍继续俯冲以期摆脱零式。一架 PBY 在 300 米高度被击中起火，三名乘员跳伞，其余 4 人被困，但在飞行员的努力下迫降成功，另一架 PBY 在两名机枪手死亡，一名乘员重伤，飞机部分失控的情况下进行迫降但在触及水面时爆炸，幸存者在经历了两个星期的逃亡后回到了部队。
第 10 巡逻机联队在战斗开始时有 43 架 PBY-4，但是到 12 月 13 日仅剩 11 架可飞，联队向南转移到西里伯斯岛（Celebes）万鸦老基地（Manado），后又撤到苏腊巴亚（Surabaja）。12 月 23 日，幸存的人员和飞机并入 VP-101 中队，同时撤销了 VP-102 中队编制。随着日军向东印度群岛的步步逼近，PBY 继续向南撤退，在 2 月底最终抵达澳大利亚时仅剩 4 架。
1942 年 8 月，在澳大利亚休整并换装 PBY-5 的 VP-101
鱼雷攻击
PBY 曾被临时用于鱼雷攻击任务。事实上所有列装的 PBY 都能挂载标准航空鱼雷，但这需要在翼下的炸弹挂架上安装转换器，以挂载鱼雷及所有必要的发射装置（功能包括解除战雷头保险、起动发动机，手动或电动释放鱼雷）。驾驶舱仪表板上方，安装了一具海军研发的鱼雷指挥瞄准器，向飞行员提供瞄准信息及鱼雷释放点。
二战中 PBY 实施了大量鱼雷攻击，多数是在战争初期的夜间多机实施攻击。PBY 取得了一些战果，并且自身损失很小。在有了更好的鱼雷机后，1943 年之后海军就很少用卡特林娜进行鱼雷攻击了。
模型：VP-24 的 PBY-5A，翼下挂载一枚鱼雷
黑猫
VPB-71 在中队队徽
在所有卡特林娜中队发展和使用的战术中，最有效和最壮观的是 1942 年中期直到战争结束在南及西南太平洋实施的夜间搜索攻击，此战术被称为“黑猫”战术。由于在战争最初的几个月中 PBY 遭受大量损失，在防空炮火和战斗机攻击面前显得很脆弱，所以海军考虑将卡特林娜用于夜间攻击任务。当时日军惯于在夜间使用驳船和登陆艇运送补给和人员，以维持他们在太平洋众多岛屿上的驻军，在安装了有效的雷达后，PBY 将被用于夜间袭扰性攻击。
执行黑猫任务的 PBY-5A 和机组，全机涂成黑色
黑猫装备的无线电高度计允许 PBY 可以在战斗机害怕接近的漆黑海面上掠过，PBY 在白天成为明显目标的巨大身躯可以装载大量燃油和弹药，在夜幕的掩护下悄然进入敌人控制的地区。黑猫可以整晚巡航，通过雷达搜寻猎物或在日本运输舰航线附近伏击。
盟国空中力量也参与黑猫行动，图中是澳大利亚皇家空军的卡特琳娜 IV，驾驶舱上方安装有搜索雷达
巡逻机中队夜间攻击和袭扰日军运输艇的行动始于 1942 年末的所罗门海域。VP-12 是第一个被指定专门进行夜攻任务的中队，该中队在 1942 年 12 月换装全黑涂装的 PBY-5A 抵达瓜岛，并在此作战至 1943 年 3 月直到被 VP-54 接替。后期部署在瓜岛和所罗门群岛的黑猫中队有 VP-81、VP-11、VP-52 和 VP-101。
被击毁的日本货船 累累弹痕的黑猫
随着战线的西移，巡逻机中队也随之移动，通常依靠供应舰为基地，也有一些幸运的中队得以进驻已建好滑行斜坡和辅助设施的岛屿。而装备两栖机的中队在无陆上机场的情况下只能依靠供应舰从海上机场起降。先进的雷达和改进的战术使黑猫成为敌水面舰艇的噩梦，严重干扰了日本岛屿驻军的物资和兵员补给，黑猫行动在 1943 年末达到最高潮。
飞象
对于被卡特林娜从救生艇或荒岛的海滩上营救的空勤人员来说，那天勿庸置疑是他们一生中最值得纪念的日子。卡特林娜的搜救任务代号“邓波”（Dumbo），来自迪士尼卡通角色小飞象邓波，这最初是一个无线电呼号。所罗门群岛战役一开始，PBY 飞象经常被编入打击机群中，在目标区附近盘旋待机。
1943 年初所罗门图拉吉岛（Tulagi）进驻一支飞象分队，该分队通常仅编有 3 架 PBY，但在 1 月 1 日到 8 月 15 日期间却营救了 161 名空勤人员，成为飞象营救行动的典范。后来在东印度群岛和菲律宾的营救行动由于有了更好的飞机和战术，所以更加成功。除此之外，计划和协调良好的空中突击行动保证了良好的营救时机。
在战争的最后几个月中，太平洋战区的 PBY 中队交替执行飞象和黑猫任务。如此打算是为了保证各中队间执行高风险攻击任务和相对安全的救援任务的公平性。1944 年 10 月 1 日所有的 VP 和 VB 中队都改为 VPB 中队，保留原先的编号。在战争的最后几个月在一线海域作战的中队有：VPB-29、VPB-33、VPB-34、VPB-44、VPB-5 和 VPB-71。
飞象的努力得到了感谢——不仅来自那些被营救的人，还来自于那些相信自己被击落后一定会被营救的人。一名陆军飞行员说道：“每当我看见一架 PBY，我就会立即站起来向它敬礼！”这恐怕是空勤人员对朴实的 PBY 的最高评价！
油画：一架执行救援任务的黑猫
战后
战后美国海军很快淘汰了卡特林娜。在战争开始时就想被海军退役的 PBY 终于被新一代的巡逻飞机，包括马丁 PBM 水上飞机、PB4Y-2 和 P2V 陆基飞机所取代。到 1948 年整个舰队中仅剩 5 架 PBY，还有少量在后备中队。1957 年 1 月 3 日最后服役中的卡特林娜，一架隶属佐治亚州亚特兰大后备中队的 PBY-6A 正式退役，从这天起一代名机，二战美国海军航空史上真正的军马成为了历史。