二戰老照片，美國B-17轟炸機，能像下雨一樣扔炸彈

B-17於1941年開始出現於第二次世界大戰的戰場上空。在歐洲，英國皇家空軍操作B-17對歐陸的目標進行日間轟炸任務，但其初期的表現卻不是十分理想。

在太平洋的西側，同年美國陸軍也使用B-17在菲律賓對抗日本的進襲。由於國際情勢緊張之故，美國第19轟炸機團在珍珠港事變前幾個星期被派駐至菲律賓的克拉克基地，這也是太平洋戰場上首批進駐的重型轟炸機部隊。

然而半數駐守於菲律賓的B-17機隊在1941年12月8日準備向台灣進行轟炸之際，在地面遭日軍毀滅性的打擊。剩下的小部分B-17機隊仍在接下來的作戰中努力的對抗日本的進襲，直到B-17撤退到達爾文港為止。

1942年初，混合操作B-17與B-24重型轟炸機的第7轟炸機團抵達爪哇，與第19轟炸機團殘存的B-17共同奮戰[52]。但這隻小規模的重轟炸機隊並無法削弱日軍的進攻速度，1942年3月，第7轟炸機團即撤退至印度，僅留下第19轟炸機團在澳洲繼續作戰。

1942年七月，第一架B-17被飛往英格蘭，加入第八航空隊的作戰行列。同年，另外兩批B-17飛抵阿爾吉利亞加入第12航空隊在北非的作戰任務。

在這些戰場上B-17大多負擔對德軍目標進行日間戰略轟炸的重責大任，它們針對的目標即為廣泛，涵蓋碼頭、潛艇基地、倉庫、到機場與生產工場，期望能藉由轟炸以削弱德國之軍事行動能力。在準備反攻法國的期間中，B-17與B-24對德國的飛機製造工廠展開大規模的襲擊行動，並直接面對德國空軍對轟炸機隊的猛烈襲擊。

B-17早期的型號在歐洲戰場上被證明並不適合直接面對如此高強度的作戰。一直到B-17E加入戰場之後，B-17才成功的在美國陸軍航空軍中立足。但不論如何，戰前認為轟炸機在緊密編隊下的自衛火力足以自保的理論在歐洲戰場上被證明並非如此有效，要達成有效的轟炸任務，轟炸機隊仍須戰鬥機的全程護航。

在第二次世界大戰之中，B-17在海外一共裝備了32個轟炸機團。它的數量在1944年8月達到高峰，共有4,574架B-17活躍於美國陸軍航空軍之中。B-17一共在歐洲戰場上投下了640,036短噸的彈藥，而同時間B-24解放者轟炸機則投下了452,508多噸。它的表現並不下英國當時的轟炸主力：蘭開斯特轟炸機。

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