בשל התרסקות אב הטיפוס לא ניתן היה להשלים את הבחינות לדגם 299. אף על פי שאנשי גיס האוויר היה נלהב מהפוטנציאל שבדגם, קצינים בכירים בצבא חששו ממחירו הגבוה - קרוב ל־100,000 דולר, לעומת 58,200 דולר לדגם של חברת דאגלס. ההתרסקות הביאה לכך שלא ניתן יהיה להשלים את ההשוואה בין המטוסים, ובואינג נאלצה, על פי חוקי המכרזים, לפרוש מן המכרז. הזמנת מטוסי ה־B-17 בוטלה, ובמקום זאת הוזמנו 133 מטוסי דאגלס B-18 בולו.
הזמנות ראשונות.
למרות התרסקות אב הטיפוס, הגיס האווירי התרשם מאוד מהמטוס, וחיפש דרך לרכוש אותו חרף הכישלון במכרז. לאחר שנמצאה פרצה חוקית, הזמין הצבא ב־17 בינואר 1936 13 מטוסים מדגם YB-17 לניסויים. דגם YB-17 כלל מספר שינויים משמעותיים יחסית לדגם 299, ובהם מנועים חזקים יותר מדגם רייט R-1820-39 סייקלון. דגם 299 היה מספר דגם של החברה שפותח מכספה ומעולם לא ניתן לו סימול צבאי, אך לאחר רכישת הדגמים לניסוי ניתן להם הסימול YB-17 והסימול XB-17 הוחל רטרואקטיבית על הדגם המקורי.
12 מתוך 13 המטוסים שהוזמנו סופקו בין ה־1 במרץ ל־4 באוגוסט 1937, ללהק ההפצצה השני לפיתוח בחינות טיסה ופיתוח תורות לחימה. אחת ההצעות שהועלו ויושמו הייתה שימוש במעין רשימת תיוג הנקראת בד"ח לפני הטיסה, כדי למנוע אסונות מהסוג שאירע לאב הטיפוס, מאז הפך הבד"ח למרכיב סטנדרטי בתעופה. אחד התרגילים הראשונים שהמטוסים השתתפו בו היה יירוט אוניית הנוסעים האיטלקית רקס, בו שלישיית מפציצי B-17 איתרו את האונייה בהצלחה במרחק 980 קילומטרים מהחוף, באוקיינוס האטלנטי. הצלחת התרגיל, שזכתה לפרסום רב, שימשה גם כדוגמה לכוח של המפציץ האסטרטגי והשפיעה על הדיון על חיל אוויר עצמאי בכוחות המזוינים בארצות הברית. המטוס ה־13 הועבר לניסויים של אגף הציוד של הגיס, בשדה רייט.
מטוס YB-17 נוסף, ה־14, נבנה לכתחילה לניסויים על הקרקע, שנועדו לבחון את חוזקו של מבנה המטוס. לאחר ייצורו שודרג המפציץ והותקנו בו מגדשי טורבו שהונעו על ידי מפלטי המנועים. המגדשים יצרו בעיות שעיכבו את טיסת הבכורה עד ה־29 באפריל 1938, והמטוס סופק לצבא ב־31 בינואר 1939. עם השלמת הניסויים סומלו המטוסים מחדש כ־B-17, כדי לציין את כניסתם לסטטוס מבצעי.
ההתנגדות הראשונית למטוס מצד בכירי הצבא, בשל מחירו הגבוה, דעכה, ובסוף 1937 הוזמנו עשרה מטוסים נוספים, מדגם B-17B. למטוסים היו מדפים והגה כיוון מוגדלים, וחרטום עם חלונות מפלקסיגלס במסגרת במקום החרטום השקוף שהיה בדגם הקודם. צריח המקלע שהיה בחרטום הוחלף בפתח פשוט יותר למקלע, ומעל עמדת הנווט נוסף אסטרודום, כיפה שקופה שנועדה לסייע לנווט בניווט אסטרונומי. בדגם זה הותקנה כוונת נורדן בעמדת המטילן. המנועים הוחלפו במנועים חזקים יותר, הוחלפו מערכות פנימיות שונות ושונו כמה מעמדות הצוות. המטוס הראשון מדגם זה המריא לטיסת הבכורה ב־27 ביוני 1939 ונבנו 39 יחידות בסדרת ייצור אחת. כל המטוסים סופקו לצבא עד ה־30 במרץ 1940 והוצבו בלהקי ההפצצה ה־2, ה־7 וה־19, חוץ מהמטוס הראשון שהושאר לניסויים. רבים מהמטוסים הושבחו בשנים 1940–1941 על ידי הוספת מקלעי 0.5" בעמדות צד.
ביולי 1940 הוזמנו עוד 512 מטוסים, אם כי בעת ההתקפה על פרל הארבור, ב־7 בדצמבר 1941 היו בשירות מבצעי בצבא ארצות הברית פחות מ־200 מפציצי B-17; בין 11 בינואר 1937 ועד 30 בנובמבר 1941 סופקו 155 מפציצי B-17 בלבד. עם הצטרפותה של ארצות הברית למלחמה הוגבר קצב הייצור, ובסופו של דבר היה קצב הייצור של מפציצי B-17 הגבוה ביותר מכל המטוסים הצבאיים במלחמת העולם השנייה. עד תום הייצור, במאי 1945, יוצרו 12,731 מטוסים, על ידי מפעלי בואינג, דאגלס ווגה, חברת בת של לוקהיד.
המשך הפיתוח.
דגמים C, D ו־E.
ב־1939 הזמין הגיס האווירי של צבא ארצות הברית 38 מטוסים. אלה היו מדגם משופר שהוגדר על ידי בואינג כדגם 299H, ונקרא על ידי צבא ארצות הברית B-17C. בין השינויים שבוצעו היה שינוי במבנה המדפים וההגאים כדי לשפר את ביצועי המטוס במהירויות נמוכות, שונו שלושת צריחי המקלעים, שהיו מעין בועות בולטות ומעוגלות לשני צריחים בעלי מבנה אווירודינמי יותר עם פתחי חלונות למקלעים ומעין "גונדולה" שהייתה צמודה לתחתית המטוס ובה עמדת מקלע נוספת, בדומה לעמדה ההגנתית התחתית המטוס של המפציץ הגרמני היינקל 111 מדגם P. גם בעמדת מקלע החרטום נעשה שינוי, ובמקום עמדה אחת היו בה שש עמדות שמהן ניתן היה לירות במקלע. למטוס נוספו מכלי דלק נאטמים מעצמם, ונוסף שריון להגנת הצוות.
באפריל 1940 הזמין הגיס האווירי מטוסים נוספים מדגם 299H. לכתחילה היו מטוסים אלה אמורים להיות מדגם C, אך הוכנס בהם מספר רב של שינויים והצבא החליט שיש להגדירם כתת־דגם חדש, D. השינויים כללו שיפורים במנועים ובמערכות החשמל, תוספת מקלעים, ביטול מנשאי הפצצות החיצוניים מתחת לכנפיים והוספת איש צוות עשירי. מטוסים מדגם C שודרגו לדגם זה. טיסה ראשונה של מטוס מדגם זה הייתה ב־3 בפברואר 1941.
דגם B-17E היווה תכנון מחדש של דגם 299. גוף המטוס הוארך בשלושה מטרים, בעיקר בחלקו האחורי, והגאי הכיוון והגובה הוגדלו. ביחידת הזנב המחודשת נוספה לראשונה עמדת מקלען. מכיוון שהגוף היה צר בנקודה זו ולא ניתן היה להרכיב בו צריח, המקלען בעמדה זו כרע על ברכיו והפעיל שני מקלעי בראונינג 0.5. גם מאחורי תא הטייס ובגחון המטוס הותקנו צריחי מקלעים חדשים: צריח המקלעים בגב המטוס היה בעל הפעלה חשמלית ואויש על ידי מהנדס הטיס ואילו בגחון המטוס צריח גחון, שהופעל על ידי מקלען ששכב על בטנו וירה באמצעות תצפית דרך פריסקופ. החלונות הבועתיים שהיו בצידי המטוס הוחלפו בפתחים מלבניים, שבהם עמדו מקלענים והפעילו את נשקם. בחרטום היו עמדות למקלעי בראונינג 0.3. בתוך זמן קצר התברר שצריח הגחון אינו יעיל ושהפעלתו בעייתית מאוד. בשל כך הותקן במקומו צריח כדורי, שהונע ידנית. מנועי המטוס, מדגם רייט R-1820 סייקלון 9 היו, כאמור, בעלי מגדש טורבו ושודרגו לתת דגמים עוצמתיים יותר. לאורך חיי המטוס המשיכו המהנדסים לשדרג את המנועים וכך גם את עמדות המקלעים, שמספרם הוגדל. מטוס מדגם זה טס לראשונה ב־5 בספטמבר 1941.
דגם F.
הדגם הבא של מטוס ה־B-17 היה דגם F, שהיה הדגם העיקרי שלחם בשורות חיל האוויר השמיני של ארצות הברית מול הגרמנים ב־1943. חיצונית דמה דגם F לקודמו, דגם E, מלבד חרטום המטוס ששונה והוגדל, וחלונות הפלקסיגלס שהיו במסגרת הוחלפו בחרטום שקוף מאותו חומר, כמעט ללא מסגרת, לשיפור הראייה קדימה. עם זאת, הוטמעו בדגם זה שינויים רבים. דגם זה צויד בצריח הכדורי בגחון המטוס כסטנדרט, אך מדגם שונה. נוספו נושאי פצצות חיצוניים, להבי המדחפים הוגדלו, ומערכות רבות שופרו ובהן מערכות במנועי המטוס, מערכות הבלימה, כני הנסע חוזקו ומערכת החמצן שופרה. מנועי המטוס הוחלפו למנועים חזקים יותר מדגם R-1820-97. מטוס ראשון מדגם זה המריא ב־30 במאי 1942.
כאמור, בדגם F היו שינויים רבים וחלקם הותקנו רק בהמשך ייצור הדגם. בשל כך החלו לחלק את המטוסים לבלוקים, מנות ייצור, שכל אחת שונה מקודמתה בכמה שינויים קטנים. חלוקה כזו מקובלת עד היום בייצור מטוסים. קווי הייצור בחברת בואינג לא היו יכולים לעמוד בדרישה הגדולה למטוס, והייצור הועבר גם לשני מפעלים נוספים, האחד של חברת לוקהיד, בחטיבת ווגה בברבנק, קליפורניה, והשני של חברת דאגלס בלונג ביץ', קליפורניה. שני המפעלים הללו הוקמו במיוחד לייצור מטוסי ה־B-17F. המטוסים שיוצרו במפעלים אלו סומנו בהתאם: למטוסים שיוצרו על ידי חברת בואינג נוספו האותיות BO (והמטוסים נקראו B-17F-BO), למטוסים שיוצרו במפעל של חטיבת ווגה של לוקהיד נוספו האותיות VE, ולמטוסים שיוצרו בחטיבה של דאגלס נוספו האותיות DL. מכיוון שהמטוסים שיוצרו בכל מפעל היו שונים מעט ושייכים לבלוקים שונים בייצור הייתה חשיבות לסימול זה. בסך הכל יוצרו 2,300 מטוסים מדגם F במפעלי בואינג, 605 במפעלי דאגלס ועוד 500 במפעל ווגה, ובסך הכל 3,405 מטוסים מדגם זה.
דגמים ניסיוניים.
דגמי ניסוי נוספים של ה־B-17 כללו את ה־XB-38 וה־YB-40. בדגם XB-39 הותקנו מנועים בעלי מערכות קירור בשמן מדגם אליסון V-1710, כדי למצוא חלופה למנועים מדגם רייט בעת הצורך. הניסיון נזנח לאחר התרסקות אב הטיפוס בטיסתו התשיעית, ומנוע האליסון יועד למטוסי קרב. דגם YB-40 היה דגם שנועד לליווי המפציצים, שהותקנו עליו עמדות מקלעים נוספות: צריח מעל עמדת הקשר, צריח "סנטר", מתחת לחרטום המטוס, וצמדי מקלעים בעמדות בירכתי המטוס. בסך הכל נשא הדגם יותר מ־11,000 כדורים. כל ההתאמות הללו העלו את משקלו של ה־YB-40 ב־4,500 ק"ג יותר ממשקלו של דגם B־17F סטנדרטי. משקל עודף זה הוריד את מהירותו של הדגם והקשה עליו להישאר צמוד למבנה המפציצים הרגילים. הפרויקט בוטל ביולי 1943, גם בגלל קושי זה וגם בשל הופעתם של מטוסי הקרב מדגם P-51 מוסטנג שהיו יכולים להתלוות למפציצים עד למטרה, ייתרו את הצורך במפציץ ליווי מעין זה. עם זאת, צריח הסנטר אומץ והותקן במפציצים הסטנדרטיים.
דגם G.