I februar 1942 meldte Tibbets seg for tjeneste ved 29th Bombardment Group. Tre uker seinere ble han utnevnt til sjef for 340th Bombardment Squadron i 97th Bombardment Group, der han fløy B-17D. Skvadronen var opprinnelig stasjonert på MacDill, deretter Sarasota Army Airfield, før den flyttet til Godfrey Army Airfield i Bangor, Maine.