חיל האוויר המלכותי הבריטי החל את מלחמת העולם השנייה ללא מפציץ כבד משלו. המפציצים הגדולים ביותר שעמדו לרשות החיל היו מפציצים בינוניים לטווח ארוך, כמו הויקרס ולינגטון שיכול היה לשאת פצצות במשקל עד 2,000 ק"ג. עד 1941 כבר היה עמוד השדרה של כוח המפציצים הבריטי מורכב מהמפציצים הכבדים שורט סטירלינג והנדלי פייג' הליפקס, אך כדי לתת מענה לצורך במפציץ כבד בתחילת 1940 הגיעו הבריטים להסכם עם הגיס האווירי של צבא ארצות הברית על העברת מטוסי B-17C לרשותם. מטוסים אלה נקראו בבריטניה "פורטרס I". הגיחה המבצעית הראשונה של מטוסים אלה הייתה נגד מעגני הקריגסמרינה בוילהלמסהאפן, ב־8 ביולי 1941, ולא הייתה מוצלחת. ב־24 ביולי תקפו המטוסים את סיירת המערכה שרנהורסט, שעגנה בברסט. בגיחה זו השיגו המטוסים פגיעות טובות יותר וגרמו לאונייה נזק משמעותי יותר.
עד ספטמבר של אותה שנה איבד חיל האוויר המלכותי שמונה מטוסי B-17C במשימות מבצעיות או תאונות. משימות רבות בוטלו עקב בעיות מכניות ופיקוד המפציצים החליט על הפסקת גיחות ההפצצה באור יום בשל ביצועיו הגרועים של המטוס. הניסיון שהצטבר הראה שמטוסי ה־B-17C אינם מוכנים עדיין לקרב ושיש צורך בשיפור היכולת הגנתית של המטוסים, בהגדלת יכולת נשיאת החימוש שלהם ובפיתוח שיטות להפצצה מדויקת יותר. המטוסים הנותרים הועברו לפיקוד החופים למטרת לוחמה נגד צוללות, כמטוסי סיור ימי ארוכי טווח. באוגוסט 1942 חוזק מערך ה־B-17 ב־19 מטוסי B-17 מדגם F וב־45 מטוסים מדגם E (שכונו בבריטניה פורטרס סימן II ופורטרס סימן IIA, בהתאמה). לזכות מטוסי ה־B-17 נזקפו 11 הטבעות של צוללות, הראשונה שבהן ב־27 באוקטובר 1942.
טייסת 223 של חיל האוויר המלכותי, חלק מלהק 100, הפעילה מטוסי B-17 למטרות לוחמה אלקטרונית. המערכות שהופעלו כונו "סיגר מוטס" (אנגלית: Airborne Cigar, ובראשי תיבות: ABC). המערכת כללה מפעילי רדיו דוברי גרמנית שזיהו וחסמו מערכות שליטה ובקרה גרמניות, שהנחו מטוסי קרב ליליים של הלופטוואפה. לעיתים התחזו כמפעילי מערכות הבקרה עצמן והנחו את טייסי הקרב הגרמניים למטרות שגויות.
חילות האוויר של צבא ארצות הברית: מבצעים ראשונים בזירה האירופית.
ב־20 ביוני 1941 הוגדר הגיס האווירי של צבא ארצות הברית כחילות האוויר של צבא ארצות הברית (אנגלית: United States Army Air Forces, בראשי תיבות: USAAF). חילות האוויר ביצעו הפצצות דיוק מגובה רב בשעות היום, תוך שימוש בכוונת נורדן - מחשב אנלוגי אלקטרו־מכני אופטי, מיוצב על ידי גירוסקופ, שנודע גם כ"בלו אוקס" (Blue Ox - שור כחול). היה זה מכשיר סודי ביותר באותה תקופה, שהוזן בנתונים על ידי המטילן ועל פיהם חושבה הנקודה להטלת הפצצות, כדי שתפגענה במטרה. בעת יעף ההפצצה עברה השליטה במטוס לידי המטילן, ששמר על הטסה יציבה ומאוזנת בדקות האחרונות שלפני הטלת הפצצות.
ארצות הברית החלה לבנות את כוחה האווירי באירופה זמן קצר לאחר הכרזת המלחמה על גרמניה, ב־11 בדצמבר 1941. יחידות ראשונות של חיל האוויר השמיני של ארצות הברית, ולהן מפציצי B-17E, הגיעו לאנגליה ב־12 במאי 1942, והיו ללהק ההפצצה ה־97. גיחת ההפצצה הראשונה של הלהק הייתה ב־17 באוגוסט, וכוונה נגד צומת רכבות ברואן, בצרפת. בגיחה השתתפו 12 מפציצים מדגם B-17E, בליווי ארבע טייסות סופרמרין ספיטפייר דגם IX (חמש טייסות אחרות הגנו על המפציצים בדרכם חזרה). שישה מפציצים נוספים ביצעו גיחת הסחה לאורך החוף הצרפתי. את הגיחה הוביל מייג'ור פול טיבטס (לימים בריגדיר גנרל וטייס שהטיס את אנולה גיי, המפציץ שהטיל את הפצצה הגרעינית על הירושימה) ואליה הצטרף כמשקיף בריגדיר גנרל איירה אייקר, שזמן קצר לאחר מכן מונה כמפקד חיל האוויר השמיני. המבצע התקיים במזג אוויר טוב והוכתר בהצלחה; נגרם נזק קל בלבד לאחד המפציצים, נזק שלא נגרם מפעילות אויב. חצי מהפצצות נחתו באזור המטרה, נתון שנחשב כהצלחה. הגיחה סייעה להרגיע את חששות הבריטים לגבי יכולתם של המפציצים הכבדים לפעול באור יום בשמי אירופה.
שני להקים נוספים הגיעו לבריטניה באותו זמן, כשהם מצוידים במטוסים מדגם B-17F, שהיה הדגם העיקרי למבצעים נגד גרמניה עד ספטמבר 1943. בחודשים הבאים יצאו המפציצים לגיחות הפצצה, שתכיפותן ומספר המפציצים שהשתתף בכל אחת מהן הלכו וגדלו. מנגד, הלופטוואפה השקיע מאמץ גדל והולך ביירוט המפציצים, עד מצב שבו גיחות הפצצה ללא ליווי של מטוסי קרב סבלו אבדות כבדות מכדי שניתן יהיה לשאת בהן.
מתקפת המפציצים המשולבת.
בועידת קזבלנקה, בינואר 1943, החליטו בריטניה וארצות הברית בין השאר על ביצוע מתקפת מפציצים משולבת (Combined Bomber Offensive). המטרה הייתה להחליש את הורמאכט, לפגוע במורל הגרמני ולהשיג עליונות אווירית. זו האחרונה נועדה להיות מושגת על ידי הפצצת מפעלי ייצור מטוסים, הנחיה שנקראה הנחיית פוינטבלאנק (Pointblank directive, נקרא גם מבצע פוינטבלאנק)), והייתה חלקה המרכזי של המתקפה. מפציצי חילות האוויר של צבא ארצות הברית נועדו להפציץ מטרות נקודה בשעות היום, ומפציצי חיל האוויר המלכותי נועדו לתקוף בשעות הלילה, בעיקר מרכזי תעשייה.
מבצע פוינטבלאנק החל בתקיפת מטרות במערב אירופה. מפקד חיל האוויר השמיני, בריגדיר גנרל איירה אייקר, סימנו בעדיפות עליונה, כאמור, מתקפות על תעשיית ייצור המטוסים, במיוחד מפעלים לייצור מטוסי קרב, בתי חרושת למנועים ובתי חרושת למיסבים כדוריים. ההתקפות החלו באפריל 1943 על מפעלי תעשייה מרכזיים, שהיו מוגנים היטב, בברמן וברקלינגהאוסן.
הפצצות על שדות תעופה לא הביאו לירידה ניכרת בכוחם של מטוסי הקרב הגרמניים, ולכן הורה אייקר על יצירת להקי B-17 נוספים. הכוח המוגדל יצא לגיחות גדולות נגד מטרות תעשייתיות חשובות בעומק גרמניה. חיל האוויר השמיני הציב את מפעלי ייצור המיסבים בשוויינפורט כמטרה עיקרית, וגיחת הפצצה ראשונה נערכה ב־17 באוגוסט 1943. בגיחה השתתפו 230 מפציצים, שנתקלו בכ־300 מטוסי קרב גרמניים. 36 מן המפציצים התוקפים הופלו, ולא נגרם נזק קריטי למפעלים. בגיחה אחרת באותו יום, נגד מפעלים ברגנסבורג, הופלו 24 מפציצים, ובסך הכל אבדו באותו יום 60 מטוסי B-17.
ניסיון נוסף לפגוע במפעלים בשוויינפורט נערך ב־14 באוקטובר 1943, יום שנודע לאחר מכן כ"יום חמישי השחור". ההפצצה הצליחה לגרום למפעלים לנזק כבד ולשבש את העבודה בהם, שיבוש שנמשך עד תום המלחמה, אך במחיר כבד. 300 מטוסי קרב גרמניים הגנו על שוויינפורט, והסבו לתוקפים אבדות כבדות: מתוך 291 המפציצים שהשתתפו בגיחה הופלו 60 מעל גרמניה, חמישה התרסקו בדרך חזרה לבסיסיהם, ושנים עשר נוספים ספגו נזק כבד כל כך עד שלא הייתה ברירה אלא להוציאם משימוש; בסך הכל אבדו 77 מטוסים, למעלה מרבע מכלל המפציצים. 122 מפציצים נוספים סבלו נזק שדרש תיקון לפני שיוכלו לצאת לגיחה הבאה. 650 אנשי צוות אוויר, מתוך 2,900 שהשתתפו בגיחה, לא שבו, אם כי חלקם שרדו והיו לשבויי מלחמה. רק 33 מפציצים חזרו ללא פגע.
חיל האוויר השמיני לא היה יכול לשאת אבדות כבדות כאלה; הסתבר שהמפציצים הכבדים פגיעים מאוד למטוסי היירוט כאשר אינם מלווים במטוסי קרב. בשל כך הוחלט על השעיית ההפצצות עד שניתן יהיה לספק להם ליווי של מטוסי קרב לכל אורך הטיסה, מבריטניה ליעדים בגרמניה ובחזרה. גם המפציצים הבריטיים, שעד אותה תקופה נהנו מחסות החושך וסבלו פחות אבדות, החלו להיפגע בשל עלייה ביכולתם של מטוסי הקרב הליליים של הגרמנים. באוקטובר 1943 איבד חיל האוויר השמיני 176 מטוסים, וב־11 בינואר 1944 אבד מספר דומה בגיחות הפצצה נגד ערים בגרמניה.
חיל האוויר השמיני נערך מחדש: נצברו עוד מפציצי B-17, ובמקביל החלו להיכנס לשירות מטוסי קרב מסוג P-51 מוסטנג, שהיו בעלי טווח טיסה ארוך, והיו יכולים ללוות את המפציצים לכל אורך המשימה. ברצף של משימות הפצצה שנמשך בין 20 ל־25 בפברואר 1944, וכונה "השבוע הגדול" (Big Week) ביצעו מפציצי B-17, יחד עם מפציצי קונסולידייטד B-24 ליברייטור של חיל האוויר השמיני ומרטין B-26 מראודר של חיל האוויר התשיעי שורה ארוכה של גיחות הפצצה על מטרות בגרמניה. בניגוד לגיחות בחודשים הקודמים, הפעם התלוו למפציצים מטוסי קרב לכל אורך הגיחה - מטוסי מוסטנג ו־P-47 ת'נדרבולט. כעת הייתה מטרת ההפצצות לא רק פגיעה ביעדים קרקעיים אלא גם משיכת מטוסי הקרב הגרמניים לעימות, במטרה לשחוק את הלופטוואפה. במהלך גיחות אלה אבדו 247 מפציצים, אך כעת היו האבדות 7% בלבד מסך הכוח התוקף. חיל האוויר הגרמני איבד עשרות מטוסים, ובניגוד לכוח האמריקני, הגרמנים לא היו יכולים למלא את מקומן של האבדות.
בספטמבר 1944 הפעילו 27 להקים של חיל האוויר השמיני (מתוך 42) ושישה להקים של חיל האוויר ה-15 (מתוך 21) מטוסי B-17. אבדות המטוסים כתוצאה מאש נ"מ המשיכו להיות גבוהות, אך ירדו ככל שהמלחמה התקדמה. לקראת הניצחון באירופה, ב־8 במאי 1945, ירד מספר האבדות עד רמה כזאת שלא היה צורך במטוסים למילוי מקום האבדות. למרות ירידה זו, רמת האבדות של חיל האוויר השמיני הייתה גבוהה מאוד: מתוך 10,631 מטוסים שהפעיל החיל אבדו 4,145 מטוסים, קרוב ל־40%. מתוך 115,332 אנשי צוות אוויר שהשתתפו בגיחות ההפצצה, נפגעו 47,483, מתוכם יותר מ־26,000 הרוגים; מנין הנפגעים היה למעלה מ־40% מהכוח הלוחם, אחוז שלא היה דומה לו בשורות בעלות הברית באף זירה אחרת של המלחמה.
זירת האוקיינוס השקט.