美国海军对PBM-1很满意于是在1940年秋订购了379架Model 162B改进型——PBM-3，最终产量接近该数字的两倍。为了帮助马丁公司扩大产量，美国政府资助马丁在马里兰州米德尔河建立了一座新厂。
PBM-3与PBM-1的主要区别就是换装1270千瓦（1700马力）的莱特R-2600-12“旋风”发动机，翼下浮筒加大尺寸并改为固定式，同时修改了发动机舱，扩大弹舱容积。
PBM-3的翼下浮筒改成了固定式
其他方面的改进还包括更换动力炮塔，每座炮塔仍安装一挺12.7毫米勃朗宁机枪，腰部圆形舷窗机枪支座被改为可开闭的方形机枪舱门。由于PBM-1的垂尾与平尾的连接处一直存在乱流问题，PBM-3在平尾上下增加了两片翼型剖面的扰流器。
PBM-3上换装的机鼻和机背动力炮塔，配备单挺12.7毫米勃朗宁机枪
平尾上下的翼型剖面扰流器清晰可见
随着生产的进行，PBM-3的三叶螺旋桨很快就被4叶桨取代，一些PBM-3还安装了发动机冷却风扇。PBM-3基本型产量仅32架，其中31架被改装成PBM-3R执行运输任务，美国海军另外还购买了18架新造PBM-3R。这些飞机拆除了武器和装甲，炮塔留下的空洞被铝板封住，此外还加强了货舱地板，增加了装货舱门。PBM-3R安装简易座椅后可载客20人，极端情况下可载33人。
1942年秋PBM-3R开始交付，多数装备海军航空运输处（NATS），由身着海军制服的民间飞行员驾驶。1943~1944年间美国向澳大利亚皇家空军提供了12架PBM-3R。
美国海军海军航空运输处的PBM-3R
澳大利亚皇家空军的PBM-3R
剩余那架PBM-3被改装成XPBM-3E验证机，在座舱后方安装了庞大的AN/APS-15微波雷达。APS-15雷达的前身是H2X轰炸瞄准雷达，更换了天线后就成为了海面搜索雷达。
XPBM-3E导致PBM-3C的问世，该机在1942年末下线，总产量达274架。PBM-3C是第一种真正意义上的“水手”作战型，为乘员提供了更好的装甲保护，两座炮塔配备双机枪，尾部还增加了一座单机枪炮塔。PBM-3C最重要的装备当然是海面搜索雷达，但不是所有PBM-3C都安装了雷达，在战争还有许多PBM-3C在外场加装了翼下探照灯。
PBM-3C的机鼻炮塔（左）和机背炮塔改用双联机枪
大量PBM-3C参加了加勒比海域巡逻任务，在1942~1942年间击沉了10艘U艇，其中著名的PBM-3C“镍船”号就包办了两艘，日期分别是在1943年5月17日和7月19日。PBM-3C机鼻炮塔的双机枪非常有力，因为随着U艇的对空火力的日益增强，只有增加前射火力才能有效应对。
PBM-3C“镍船”号
“镍船”号的机组击沉了德国潜艇U-128和U-513号
英国根据租借法案获得了23架PBM-3C，于1943年8月~1944年初交付，命名为“水手”GR.I。这批飞机涂上了皇家空军海防总队的涂装，除顶部迷彩外通体白色。挑剔的英国人评估过该机后认为操纵杆力过重，长途巡逻飞行会非常累人，所以不适于作战，于是把5架“水手”GR.I退还美国海军，把12架扔给了澳大利亚皇家空军。
皇家空军的“水手”GR.I，注意驾驶舱顶部庞大的APS-15雷达天线罩
实战表明“水手”的自卫火力超过了西大西洋的巡逻任务需要，因为在此不会遭到敌方战斗机的拦截，美国海军决定拆除PBM-3C的多数装甲和机枪，于是产生了一个新型号——PBM-3S。
PBM-3S拆除了机背炮塔，机鼻炮塔也被两挺固定12.7毫米勃朗宁机枪取代，保留了左侧腰部机枪和单机枪尾炮塔，由导航员负责腰部机枪的射击。减少的重量和阻力使PBM-3S的航程增加了25%。
PBM-3S几乎都在大西洋战区服役，特别负责巴拿马运河的防御，这批飞机涂上了类似皇家空军海防总队的涂装。为了应对热带气候，多数PBM-3S安装了发动机散热风扇。马丁共制造了94架PBM-3S，都改装自生产线上的PBM-3C，还有一些PBM-3C在前线被改装成PBM-3S。美国海岸警备队从海军手中获得了27架PBM-3S并一直使用到二战结束。
1944年在大西洋进行反潜巡逻的PBM-3C