יעדם הראשון של המטוסים היה שדה התעופה בזאטץ (Žatec) , בצ'כוסלובקיה. בשדה זה התרכזה אחת מפעילויות הרכש העיקריות של חיל האוויר - קליטת מטוסי הקרב אוויה S-199, והעברתם לישראל. שלושה מהמטוסים הגיעו ליעדם דרך האיים האזוריים. המטוס הרביעי שהוטס על ידי אירוין שינדלר, טייס יהודי ממיאמי, המריא מאוחר יותר, ב־11 ביולי, כשאנשי הבולשת הפדרלית בעקבותיו. המטוס טס תחילה לווסטצ'סטר שבלונג איילנד ומשם לניופאונדלנד, כדי לצאת מתחומי ארצות הברית לפני שיוחרם המטוס. למרות מאמציהם, נעצר צוות המטוס עם נחיתתו בניופאונדלנד. ב־14 ביולי שוחרר הצוות לאחר שנקנס ב־100 דולר, ושלטונות קנדה הורו לצוות לטוס חזרה לניו יורק. ב־16 ביולי המריא המטוס, ובניגוד להנחיה טס שוב לאיים האזוריים, אך נאלץ לשוב לקנדה לאחר תקלות במנועיו. לאחר תיקון התקלה הורו שוב הרשויות בקנדה למטוס לשוב לניו יורק, והפעם בליווי מטוס קרב. ואולם, לילה לפני מועד ההמראה המתוכנן, הלילה שבין 17 ל־18 ביולי, המריא המטוס והפעם הצליח להגיע לאי סנטה מריה באיים האזוריים. עם נחיתתו הוחרם המטוס על ידי שלטונות פורטוגל והצוות נעצר. אנשי הצוות שוחררו ב־24 ביולי ושבו לארצות הברית ושם נעצרו על ידי השלטונות. המטוס עצמו נרכש על ידי הרפובליקה הדומיניקנית.
בזאטץ הוכשרו המטוסים תוך עבודה מאומצת ואלתורים רבים. במקום המקלעים המקוריים הורכבו מקלעים קלים מעודפי חיל הרגלים הגרמני ואולתרו כוונת הפצצה. עם תום ההפוגה הראשונה הועברה מהארץ הוראה להבאת המפציצים בארץ. בדרכם לשדה עקרון, לימים בסיס תל נוף, הוטל על המפציצים לתקוף מטרות מצריות שונות. במהלך הגיחה, שהתבצעה ב־15 ביולי 1948, הפציץ מטוס אחד את קהיר, בה תקף את ארמונו של המלך פארוק. מטוס נוסף תקף את רפיח, והמטוס השלישי שנועד להפציץ את אל עריש לא מצא את מטרתו ותקף במקום זאת את עזה.
עם הגעת המטוסים הוחלט על הפעלתם בטייסת ייחודית, טייסת 69 ("הפטישים"), בפיקוד ריי קורץ. בימים הבאים יצאו המפציצים לגיחות מבצעיות מבסיס עקרון, לעיתים כמה פעמים ביום. המטוסים יצאו בתחילה בליווי מטוסי קרב, אך תוך זמן קצר התברר כי חילות האוויר הערביים אינם מנסים ליירט את המפציצים ואין צורך בליווי. במלחמת העצמאות השתתפו המטוסים במבצע יואב, מבצע חירם, מבצע חורב ובקרבות עשרת הימים. המפציצים השתתפו בהפצצות ובהתקפות על מטרות בשטח האויב בעזה, רפיח, אל־מג'דל, אל עריש, פלוג'ה, טולכרם, שכם, שדה התעופה אל מאזה בפרברי דמשק, ועוד. ב־1 בינואר 1949 תקפו מפציצי B-17 ישראליים שתי אוניות מלחמה מצריות שהפגיזו את תל אביב, אך ההפצצה לא הייתה מדויקת והפצצות החטיאו את מטרתן. בסך הכל ביצעו המפציצים כ־200 גיחות במהלך המלחמה.
לאחר המלחמה הועברה טייסת 69 לבסיס חצור, אך תוך זמן קצר הוחזרה לבסיס תל נוף, שם רוכזו כל המטוסים הרב מנועיים שהיו אז לחיל האוויר, כולל מטוסי תובלה ומטוסי קרב והפצצה, כמו ה־B-17 והמוסקיטו. ב־1953 הועברה הטייסת שוב לחצור. במהלך שנים אלו היו רק שניים מהמטוסים במצב שמיש. חיל האוויר ומחלקת הרכש במשרד הביטחון הצליחו לרכוש במהלך השנים צריחי מקלעים מקוריים, ואלה הותקנו במטוסים. באחד מהם אף הותקן מכ"ם לסיור ימי, במטרה לנצל את הטווח הגדול של המטוסים למשימות סיור כאלה. ב־30 בספטמבר 1954 ליווה מטוס B-17 את אוניית הסוחר "בת גלים" בניסיונה לחצות את תעלת סואץ תוך הנפת דגל ישראלי. ביוני ויולי 1954 הועברו המטוסים לאחסנה במפעל "בדק" (לימים התעשייה האווירית לישראל) בנמל התעופה לוד. מצב האחסנה הוגדר "אחסנה חיה", בה ניתן להחזיר את המטוס לפעילות תוך זמן קצר. במהלך הבאת מטוסי המיסטר שימשו המטוסים כממסר מעופף לאורך נתיב הטיסה של המטוסים לארץ.
לקראת מבצע קדש, בסוף אוקטובר 1956, הוחזרו שניים מהמטוסים לשירות מבצעי. המטוסים הופעלו מבסיס רמת דוד, בשל הטווח הארוך שלהם. החשש ממטוסי הקרב הסילוניים המצריים הביא לכך שמטוסי ה־B-17 - כמו כל מטוסי הבוכנה של חיל האוויר - לא הופעלו עד להשגת עליונות אווירית, ורק ב־31 באוקטובר, יומיים אחרי תחילת המלחמה, החלו לפעול. גיחות הפצצה על מוצבי רפיח ב־1 בנובמבר לא התבצעו בשל ערפל, וגיחות על עזה היו חסרות משמעות. ב־2 בנובמבר תקפו המפציצים את שארם א־שייח', כחלק מהמאמץ של חטיבה 9 לכבוש אותה. בסך הכל ביצעו המפציצים שמונה גיחות במהלך המבצע, ארבע בגזרה הצפונית וארבע בגזרה הדרומית.
לאחר המלחמה הוחזרו המטוסים לאחסנה חיה במפעלי בדק, וב־1958 הוחלט סופית על הוצאתם משירות. אחד המטוסים נקנה על ידי חברת הסרטים "סרטי קולומביה", לצורך צילומי סרט.
B-17 מבצר מעופף כסמל.
ה־B-17 הפך לאחד מסמליה הבולטים של עוצמתה הצבאית של ארצות הברית, ובפרט כוחה האווירי. עוד מתחילת ייצורו קידמו אנשי הגיס האווירי של ארצות הברית את המטוס כנשק אסטרטגי, ויצרנית המטוס, בואינג, אימצה בחום את הכינוי שהודבק למטוס, "מבצר מעופף". ב־1943 נבדקה מידת פרסומו של המטוס לעומת המפציץ קונסולידייטד B-24 ליברייטור; מבין 2,500 נשאלים, 90% הכירו את ה־B-17, לעומת 73% שהכירו את ה־B-24.
כדי לשווק את המטוס, ביצעו המפציצים טיסות ייחודיות שזכו לפרסום רב. עם מסירת המטוסים הראשונים לכנף ההפצצה 2 נערכו טיסות לקידום המטוס, תוך מתן דגש על הטווח הגדול של המטוס ועל ניווט מדויק. ב־1938 הוטס דגם הניסוי, YB-17, מהחוף המזרחי לחוף המערבי של ארצות הברית, תוך קביעת שיא חדש של 13 שעות ו־27 דקות. בדרך חזרה נשבר השיא בטיסה לכיוון זה, כאשר המטוס טס במהירות ממוצעת של 394 קמ"ש, ובסך הכל 11 שעות ודקה אחת. שישה מטוסים מכנף 2 המריאו ב־15 בפברואר 1938 לטיסת רצון טוב שזכתה לפרסום נרחב, בדרכם לבואנוס איירס, מרחק של 19,000 ק"מ. המטוסים שבו ב־27 בפברואר, ושלושה ימים לאחר מכן יצאו שבעה מטוסים לטיסה ארוכת טווח נוספת, הפעם לריו דה ז'ניירו. במשימה אחרת, שזכתה לפרסום רב, "יירטו" (כתרגיל בלבד) שלושה מטוסים אוניית משא איטלקית במרחק של 980 ק"מ מהחוף המזרחי של ארצות הברית.
טייסים רבים העדיפו את ה־B-17 על פני ה־B-24, בשל יציבותו הרבה והקלות בהטסתו במבנה. המערכות החשמליות שבו היו פחות פגיעות מהמערכות ההידראוליות של ה־B-24, ויכולתו לטוס כאשר אחד מן המנועים נפגע הייתה טובה יותר. חיל האוויר השמיני של ארצות הברית העדיף בגלוי את מטוסי ה־B-17; מפקדו, לוטננט גנרל ג'יימס דוליטל, שאף לכוח שיהיה מורכב רק ממפציצי B-17 ומטוסי קרב P-51, כדי לפשט את הלוגיסטיקה, ואנשי מטהו תמכו בגישתו והצביעו על השרידות והיעילות הרבים יותר של ה־B-17. אחד מהמרכיבים העיקריים בתדמיתו של ה־B-17 הייתה, אכן, שרידותו. סיפורים רבים התפרסמו, ולצידם צילומים מפורסמים, שהראו מטוסי B-17 שנפגעו קשות בקרב ובכל זאת הצליחו לשוב לבסיסם. ביצועיהם של מטוסי ה־B-17 היו נחותים יחסית לאלה של ה־B-24, ואלו האחרונים יוצרו במספר רב יותר מהמבצרים המעופפים. ואולם שביעות הרצון של צוותי ה־B-17 הייתה גבוהה יותר.
מורשת ושימור.
כאמור, בסך הכל יוצרו 12,371 מטוסי B-17 על דגמיהם השונים. כ־5,000 מתוכם הושמדו, בקרב או בתאונות. שאר המטוסים הועברו עם תום המלחמה לאחסנה ומאוחר יותר, לקראת סוף שנות ה־40 של המאה ה־20, נגרטו. מטוסים רבים הועברו לבתי קברות למטוסים. חלק מהמטוסים הללו הוסבו לשמש כמטוסים בשליטה מרחוק לאימון כמטרות לטייסי קרב. למטוסים אלה ניתן הסימון DB־17 ו־QB-17. מטוסים אחרים הוסבו לשמש כמטוסים להתראה מוקדמת, חיפוש והצלה ולחיזוי מזג אוויר ושירתו בשורות צי ארצות הברית ומשמר החופים של ארצות הברית, וזכו לסימול PB-1W או PB-1G. מטוסים אחרים הועברו לשימוש במדינות זרות, בהם מטוסים ששימשו בצרפת לצילום אוויר ומיפוי. מאוחר יותר, משנות ה־60 של המאה ה־20 ועד שנות ה־80, הוסבו מטוסי B-17 למשימות תובלה, בעיקר של מטען בתפזורת, ריסוס אווירי וכיבוי אווירי.
בתחילת שנות ה־70 החלה תנועה של שיקום מטוסים היסטוריים על ידי גופים פרטיים וממלכתיים. בארצות דוברות אנגלית נקראים מטוסים אלה "וורבירדס" (אנגלית: Warbirds, ציפורי מלחמה). הפופולריות הרבה של מטוסי ה־B-17 במלחמת העולם השנייה הפכה אותם ליעד מבוקש עבור המשקמים, אם כי נותרו מטוסי B-17 שלמים בודדים בלבד. נכון לאוגוסט 2013 היו בעולם כולו 46 מטוסי B-17 שלמים, בכל המצבים: בעלי יכולת טיסה, בתצוגה ובמצב שיקום.
ייצוגים בקולנוע ובתרבות הפופולרית.