B-17 byl primárně nasazen americký armádním letectvem během denních strategických bombardovacích mísí za druhé světové války proti německým průmyslovým a vojenským cílům. Osmá letecká armáda operovala z mnoha letišť ve střední, východní a jižní Anglii, zatímco patnáctá armáda působila v Itálii a doplnila v nočních misích během kombinované bombardovací ofenzivy, aby pomohla zajistit leteckou převahu nad městy, továrnami a bojišti západní Evropy při přípravách invaze do Francie v roce 1944. B-17 se na počátku druhé světové války v menší míře zúčastnily i války v Tichomoří, kde podnikaly nálety na japonské lodě a letiště.