Gerade noch rechtzeitig vor Ende des Jahres 1939 startete die "XB-24" am 29. Dezember auf dem Lindbergh Field mit Testpilot William Whetley zum Erstflug. Schon im April 1939 hatte die französische Armée de l’air 175 Maschinen bestellt, die nach deren Kapitulation im Juni 1940 teilweise nach Großbritannien ausgeliefert wurden. Am 26. Juli 1940 forderte das Air Corps, dass die Maschine mit Turboladern und selbstdichtenden Tanks ausgerüstet werden sollte. Der umgebaute Prototyp und eine von sieben Vorserienmaschinen "YB-24" (die restlichen gingen direkt nach Großbritannien) dienten der weiteren Erprobung. Es folgten 36 "B-24A"-Serienmuster. Der erste Einsatz erfolgte zu Beginn des Pazifikkrieges gegen Japan im Januar 1942 beim Angriff auf Sulawesi, die ersten größeren Einsätze mit "B-24D" im Februar 1943 in Neuguinea.