PBY的由來
在二戰史上沒有一種水上飛機可以挑戰PBY卡特林娜的地位，PBY的生產前後延續了10年，使其成為產量最多的水上飛機，其數量甚至超過了二戰其他水上飛機的總和。雖然PBY是二戰時期最慢的飛機之一，甚至有人說PBY的領航員需要的不是無線電與秒表，而是一本日曆，並稱之為最雞肋的飛機，但這並不影響PBY強悍的適應性和極為廣泛的用途。從對地轟炸，反潛，偵察，反艦攻擊直到運送突擊隊，PBY堪稱二戰時期作戰性能最為廣泛的飛機，也是全世界至今影響力最大的水上飛機。當時美國海軍向航空工業界提出巡邏機招標，最後的競爭在聯合XP3Y-1和道格拉斯XP3D-1之間展開。這兩種機型都成功地完成了試飛項目並達到了所有性能指標，且沒有重大缺陷。由於性能不分伯仲，競爭在價格上展開，聯合單機價9萬美元（當年幣值），比道格拉斯低了兩萬美元，贏得了契約。
英國空軍在1940年11月接收首批PBY後不久，將其命名為“卡特林娜”，得名源自加州沿海旅遊勝地卡特林娜島。美國在1941年正式將“卡特林娜”定為PBY的綽號時，兩國之間有許多的武器裝備已經使用相同的型號/綽號。而同為大英國協的加拿大皇家空軍使用的PBY則被稱為“坎索（Canso，加拿大坎索海峽）”，水陸兩用型為“坎索A”。除此之外，PBY還有一個被稱為“遊牧民（Nomad）”的改型，這就是改進自PBY-5的PBN-1，1944-45年間在費城海軍飛機廠少量生產。
可以說沒有二戰，就沒有卡特林娜的成功。當1939年最後一架PBY-4交付時，美國海軍認為其已經過時，此時PBY的後繼機已經在研製中，其中有雙發的XPBM水手（mariner），4發的XPB2Y科羅納多（Coronado）和XPBS。失去了美國海軍的繼續支持後，聯合公司依靠來自英國、加拿大、澳大利亞、法國和荷蘭的訂單來維持Model28-5（PBY-5出口型）的生產。由於PBY是戰前盟軍唯一能大規模生產的水上巡邏機，迫於歐洲戰爭的爆發，1939年12月，美國海軍重新定購了200架PBY-5，這是自一戰以來美國海軍最大手筆的單次航空器訂單，也奠定了PBY難以撼動的地位。
早期的聯合水上飛機
PBY是聯合公司著名的航空工程師艾薩克.麥克林.“麥克”.拉頓（IsaacMacklin“Mac”Laddon）主持設計的。1920年代中期，聯合公司創始人魯賓.弗利特（ReubenFleet）決定將公司業務從成功的初級教練機（聯合水牛城Buffalo工廠生產的陸軍PT和海軍NY教練機）向重型多發飛機領域發展，來迎合美國陸軍航空隊的需求。為了增強競爭力，1927年弗利特聘用了拉頓，並與經驗豐富的多發飛機設計師伊格.西科斯基（IgorSikorsky）的西科斯基航空工程公司結盟，參加1927年陸航重型轟炸機的競標。拉頓曾擔任萊特機場（WrightField）陸軍飛機工程部主任，負責多發布局的研究，並曾以私人身份為波音主持研製一種遠程水上飛機。聯合-西科斯基參與轟炸機競爭的方案是一種雙發雙翼機，在西科斯基為跨大西洋飛行而研製的S-37基礎上研製。他們的聯合設計被命名為“護衛者（Guardian）”，由於性能不及競爭者寇蒂斯B-2“禿鷹（Condor）”而敗北。但不管怎樣，拉頓和他的設計隊伍獲得了寶貴的經驗，並在不久的將來得到套用。
PBY的前身：XPY-1“海軍上將”
卡特林娜的源頭可以一直追溯到聯合XPY-1，這是一種具有全新設計概念的遠程水上飛機，具有全金屬上單翼結構，與自1914年來沿襲格倫.寇蒂斯（GlennCurtiss）的“美國（America）”的雙翼飛艇布局徹底決裂。海軍首先提出全金屬上單翼結構概念，並將基本設計提交航空工業界，招標生產一架原型機。聯合公司出價最低，在1928年2月28日贏得了15萬美元的新型水上飛機契約。由於鋁合金生產工藝在當時來說還是革命性的，聯合不得不邊發展工藝邊生產，所以直到1928年12月XPY-1“海軍上將（Admiral）”才完工，但此時又碰到了以前從未加以考慮的問題——附近的尼亞加拉河（Niagara）已被冰封以至於新機將沒有試飛場地！為了避免乾等到來年開春解凍，聯合與海軍合作將海軍上將拆卸並通過鐵路運至安娜科斯提亞航空站（NASAnacostia）試飛。XPY在聖誕節抵達安娜科斯提亞，在拉頓的監督之下，立即開始組裝測試工作。在完成了地面測試之後，1929年1月10日海軍上將首飛成功，飛行員是海軍上尉A.W.戈頓（Gorton），麥克.拉頓依照自己的慣例坐在了副駕駛的位置上。聯合當時沒有自己的水上飛機試飛員，借用了戈頓上尉進行首飛。
試飛顯示XPY的性能滿足所有要求，海軍於是在1929年6月提出9架生產型招標。由於聯合的報價包含了原型機研發階段的實際工程成本，比格倫.L.馬丁公司（GlennL.Martin）略高，結果失去了生產契約。在遭此挫折後聯合併未氣餒，立即展開了以XPY為基礎設計的28座商用水上飛機的研製。這種民用型被稱為“海軍準將（commodore）”，被紐約.雷歐.布宜諾斯.航空（NewYork,Rio,andBuenosAiresLine，泛美的前身）採用，成功套用於加勒比及南美航線。海軍準將在民用航空領域服役多年，在商用飛機領域影響巨大。
PBY的原型：P2Y
在生產海軍準將的同時，麥克.拉頓的設計小組著手對XPY進行改進以符合海軍的新要求。他們的努力結果是XP2Y-1，預計航程4,827公里——幾乎是XPY-1的兩倍。海軍認可了這個設計，並與聯合簽訂了進一步細節設計和製造一架原型機的契約。為了進一步提高性能，聯合在XP2Y-1機翼正上方的支架上增加了第3具發動機，此方案也曾計畫套用在XPY上。新型水上飛機的尺寸與XPY差不多，具有全封閉座艙及下方短翼，下方短翼取代了XPY上用以支撐穩定浮筒的翼下支架。XP2Y-1採用兩具575馬力的萊特鏇風（WrightCyclone）發動機，而不是XPY450馬力的普惠黃蜂（Pratt&WhitneyWasps）發動機。在審視了聯合的充分論證性後，海軍在距原型機首飛前的9個多月，1931年7月7日就簽訂了23架飛機的生產契約。1932年3月26日XP2Y-1以3發布局首飛，在確定了3發性能沒有多大改善後，在試飛初期就拆除了第3具發動機。美國海軍沒有押錯寶。P2Y被證明是一種卓越的巡邏機，樹立了新的性能標準，並開創了二戰中被列入標準的巡邏中隊戰術。P2Y從海軍退役後，交付的47架飛機中有41架仍在艦隊和訓練司令部中繼續服役了6年之久。卡特琳娜終於誕生
1932年，正在P2Y交付時，海軍發起了下一代水上巡邏機設計招標，特彆強調性能包線要有很大的擴展。新飛機在以最大重量11,340千克、161公里時速巡航時航程必須達到4,827公里，這將近XPY-1的兩倍。聯合公司受邀接收設計挑戰，麥克.拉頓和他的工程小組自信憑藉從P2Y獲得的經驗，及P2Y在實際使用創造的破紀錄性能，他們有很大獲勝的可能性。聯合的努力成果是一種全新設計的水上飛機，因有很大的創新性而申請到了專利（美國專利局在1934年7月31日向麥克.拉頓授予專利號No.92912）。在對此方案作了初審後，海軍在1933年10月28日與聯合簽訂進一步研發及製造一架原型機的契約，並授予型號XP3Y-1，這是PBY誕生前邁出的最後一步。
在這次設計中，聯合的最主要競爭對手是道格拉斯公司。道格拉斯在生產多發飛機方面享有盛譽，此次提出的方案是XP3D-1。道格拉斯比XP3Y提前5個月獲得海軍研製及生產一架原型機的契約，在時間上占了先機。但道格拉斯XP3D-1並不是全新設計，改進自為陸軍設計的YB-11水陸兩用轟炸機，而在此之前YB-11已經過YO-44和YOA-5兩次設計更改，從未獲得生產契約。XP3D-1為上單翼布局，兩具普惠R-1830發動機高置在機翼上方的支架上，與道格拉斯的民用海豚（Dolphin）水上飛機和海岸警衛隊/海軍的RD系列通用運輸機有血緣關係。XP3D尺寸比XP3Y略小，在爬升率、速度及航程等性能上也略差。1935年2月6日XP3D首飛，比聯合XP3Y提前了一個多月。
聯合XP3Y具有異常乾淨的空氣動力外形，傘式半懸臂機翼通過支柱與船形機身連線，另外機身兩側還各有一對支柱與機翼相連以增加強度。設計巧妙的可收放翼下浮筒在收回後就變成了翼尖，大大降低了阻力。機翼為傳統鋁合金結構，後翼梁前的表面施以金屬蒙皮，之後為織物蒙皮，副翼為金屬結構織物蒙皮，懸臂式平尾為金屬蒙皮，升降舵、方向舵施以織物蒙皮，在所有控制翼面上都配備調整片。XP3Y的自衛武器包括一挺安裝在機鼻的12.7毫米白朗寧機槍，由投彈手操縱，以及機翼支柱後方的兩挺腰部機槍，口徑為12.7毫米或7.62毫米。攻擊武器包括懸掛在機翼外側掛架上的45~450千克炸彈，通過轉換器也可掛載標準航空魚雷。機鼻投彈瞄準視窗外部有百葉窗式護門保護，內採用先進的諾頓（Norden）MKXV投彈瞄準具。機身內部分成5個水密艙，艙與艙之間有水密門，提高了抗沉性。機組編制為投彈手/機鼻機槍手、正副飛行員、領航員、無線電員、隨機機械師和兩個腰部機槍手。為了保障在前進基地執行長時間任務，機艙內還具有臥鋪、廚房和食物儲存設施。
XP3Y和XP3D一樣都被指定使用新型825馬力普惠XR-1830-58雙黃蜂（TwinWasps）發動機，驅動漢密爾頓標準公司（HamiltonStandard）的變距3葉恆速螺鏇槳。發動機安裝在機翼上方全NACA整流外形且具備後緣調整片的發動機艙內。在兩個發動機艙間的中央翼段內是容量6,624升的內部油箱。
聯合於1933年末開始在水牛城工廠製造原型機並持續到1935年初。為避免因尼亞加拉河水上飛機起降場結冰而導致的任何延誤，公司決定還是將XP3Y用鐵路運至諾福克航空站（NASNorfolk），利用那裡的海軍設施進行組裝，地面及飛行測試。
XP3Y 的試飛
XP3Y在1935年3月初抵達諾福克，到3月中旬完成了必需的試飛前組裝測試工作。3月21日聯合試飛員比爾.惠特利（BillWheatley）駕機首飛相當成功。工廠試飛在沒有出現明顯故障的情況下結束，3月28日XP3Y被轉交海軍由軍方在安娜科斯提亞試飛航空站進行初始試飛，期間遭遇故障，但沒有一個造成試飛延誤。4月進行槍炮射擊測試，5月飛機返回諾福克進行粗暴水上起降測試，在5月13日的一次降落中飛機受損，但很快被修復繼續試飛。試飛過程中一直有報告說XP3Y存在方向穩定性和操控方面的問題，隨即廠方進行了數項改動但成效不大。隱患在5~6月間進行的轟炸測試中暴露出來，較差的方向穩定性和過高的方向舵舵力影響了轟炸精度。經查是因為在此前增加了方向舵面積，但同時加大了舵力，於是再次修改方向舵。
7月XP3Y回到諾福克繼續水上測試。7月27日在一次降落中嚴重損壞，幸好機身防水壁和水密門發揮了作用，阻止了飛機的下沉，XP3Y得以被拖回航空站維修。在一次破紀錄的從東海岸經由運河區的轉場飛行後，XP3Y的水上測試於10月完成。
海軍測試部的最終報告中評價XP3Y-1投產是“可以接受”，但付上了以下幾條改善飛行品質和運作能力的建議：
提供向後下方射擊的機槍站
改進腰部機槍站並為機槍手提供視野更好的觀察窗
增大載彈量
修改方向舵及其操縱系統以改善穩定性和方向控制
改進機鼻機槍站
無論如何，對PBY的未來意義重大的是測試部最終報告中關於性能的部分：
實測數據 性能要求
最大速度（公里/小時） 274.82 256
最小速度（公里/小時） 93.32 96.54
服役升限（米） 5669.28 4572
起飛時間（秒） 22 60
空重（千克） 5,700 5,918
1935年6月，海軍與聯合簽署了生產60架P3Y-1的契約，聯合在聖迭戈（Sandiego）的新工廠開始為生產準備工裝設備。生產型上採納了測試部的建議，重新設計方向舵、延伸方向舵下的機身、在尾艙內增加一個向下射擊的機槍站，在飛行時通過打開機腹艙門向後下方射擊（迅速被稱為“機腹機槍”），配備機鼻機槍轉塔，對發動機進行更改以匹配生產型R-1830-64。
XP3Y返回聖迭戈工廠實施上述改進，完成後的飛機型號變為XPBY-1，但保留了原先的航空局序列號（BuNo）9459。型號中增加的“B”表示該型機具備炸彈攜載能力。公司飛行員比爾.惠特利駕駛XPBY-1作了最後一次展示飛行，1936年5月21日該機交付海軍開始軍方試飛。軍方試飛結果令人滿意，僅提出方向舵及其控制系統的小改動。實際上最初原型機試飛所發現的主要問題就是方向穩定性及控制問題，生產型引入的方向舵及控制系統的改進將上述問題降低到可接受的程度，但還沒有徹底根除。最後還是海軍工程師在PBY派生型PBN、PB2B-2及最終型號PBY-6A上通過完全重新設計垂尾和平尾翼面才得以徹底解決。
PBY的主要型號
PBY-1 水上飛機
在1935年6月29日簽訂的60架PBY-1的契約中，單價是9萬美元連備件。1936年9月聯合開始交付PBY-1，10月5日首架生產型在聖迭戈林德伯格機場（LindberghField）的聯合工廠被海軍機組接收，後者駕機飛過聖迭戈灣抵達北島（NorthIsland）的海軍航空站。11F巡邏中隊（VP-11F）成為海軍首個接收PBY的單位，但同一基地的6F中隊（VP-6F）卻成為首個完全裝備PBY的中隊。PBY-1的動力裝置是普惠R-1830-64，起飛功率900馬力。自衛武器包括機鼻機槍轉塔的一挺7.62毫米機槍，腰部機槍站的兩挺7.62毫米機槍，以及腹部機艙內的一挺7.62毫米機槍。除腹部機槍備彈500發外，其餘機槍都是1,000發。腰部機槍站也可以安裝12.7毫米機槍，但彈藥減少到800發。攻擊武器包括4枚147千克深水炸彈，4枚225千克炸彈，或4枚454千克炸彈，或兩枚646千克MarkXIII魚雷。
艦隊巡邏中隊在P2Y上獲得的經驗幫助他們順利過渡到PBY-1，從此PBY系列開始樹立了性能與可靠性方面的良好聲譽。與所有新型號一樣，服役初始總會碰到一些問題，但其中大部分都無關緊要。海軍、聯合、普惠三方迅速制定出修正措施，或在中隊人員的幫助下，或由廠商駐基地技術人員付諸實施。
由於對PBY可靠性的信任，許多中隊在換裝PBY後都選擇了從換裝地直飛基地，這幾乎成為PBY交付的傳統。珍珠港基地的VP-6F中隊前往聖迭戈換裝PBY-1，換裝完畢後該中隊於1937年1月27日傍晚駕駛12架PBY-1編隊飛離聖迭戈，21小時48分後抵達珍珠港上空，這是一次跨太平洋的遠距飛行，也是PBY首次“例行”大規模交付飛行。1937年4月，VP-11F將12架PBY-1轉場至夏威夷，6月VP-3F將23架轉場至運河區可可-瑣羅（CocoSolo）基地，航程5,297公里，耗時27小時58分。所有這些飛行都按時完成且沒有遭遇事故或機械故障，轟動一時。
最後一架PBY-1於1941年11月25日交付艦隊巡邏中隊。在太平洋戰爭初期，僅剩一小部分PBY-1繼續在一線中隊中服役，大部分倖存飛機（至1941年底，60架飛機損失6架）被轉交給位於傑克遜維爾（Jacksonvilie）和科珀斯克里斯蒂（CorpusChristi）的訓練中隊。1945年1月31日最後1架PBY-1在科珀斯克里斯蒂退役。
PBY-2
1936年7月25日，就在第一架PBY-1交付前的一個多月，軍方與聯合簽訂了PBY-2的生產契約，總數50架。PBY-2沿用了-1的發動機，主要改進之處是整體式平尾及嵌入式升降舵，方向舵中段開槽以容納平尾根部，這樣消除了PBY-1上為避免干擾方向舵而在升降舵根部的V形缺口。有14架PBY-2安裝了寇蒂斯電氣（CurtissElectric）螺鏇槳，是唯一沒裝備漢密爾頓螺鏇槳的一批PBY。首架PBY-2在1937年6月完工，聖迭戈第11巡邏中隊首先裝備新型號，到10月接收完畢12架。可可-瑣羅的VP-2到11月換裝完畢，珍珠港的VP-10在年末接收完畢12架。VP-7和VP-17在1938年1月PBY-2生產結束時部分裝備了該機。借鑑裝備PBY-1時的經驗，換裝PBY-2的中隊都前往聖迭戈進行換裝訓練，隨後駕駛新飛機返回基地。
VP-2於1937年12月8日將14架PBY-2轉場返回運河區可可-瑣羅基地。1938年1月19日，創造跨太平洋轉場飛行先例的VP-10中隊（1934年1月10/11日駕駛6架P2Y-1轉場至夏威夷）將18架PBY轉場到夏威夷，航程4,108公里，耗時20小時30分。1942年5月21日，巡邏中隊的最後一架PBY-2轉交給訓練司令部，1945年4月30日，最後一架PBY-2從海軍裝備清單上註銷。
PBY-3
1936年海軍與聯合簽訂了66架PBY-3的訂單。PBY-3根據部隊使用經驗做了一些細微之處的改進，結構上有些變化，另外還增加了一些裝備，但總體而言與PBY-2區別不大。PBY-3裝備900馬力的普惠R-1830-66發動機，這樣儘管總重有所增加，性能還是有所提高。新發動機採用下吸式汽化器，所以原先型號在發動機罩下方的汽化器進氣口被移到頂部。聖迭戈的VP-7和VP-9，珍珠港的VP-4和VP-18，可可-瑣羅的VP-5，以及新近在西雅圖成立的VP-16，在1937/38年間都換裝了PBY-3。VP-4和VP-5自行將他們的新飛機飛回基地，遵循海軍單位自行將飛機從交付地飛回基地的政策。
珍珠港的VP-21和VP-22，可可-瑣羅的VP-32到1941年12月7日才完全裝備PBY-3。珍珠港事件中，VP-22有6架PBY-3被毀。1943年3月11日，最後一架PBY-3從可可-瑣羅的VP-32中隊退役，與先前型號一樣，退役的PBY-3都轉到訓練司令部。1945年5月31日最後一架PBY-3從海軍退役。
PBY-4
1937年12月18日海軍定購了33架PBY-3，這是所有PBY家族中數量最少的型號，且最後4架被用作PBY-5的試驗台。PBY-4與-3之間的區別不大，發動機改為普惠R-1830-72，起飛功率1,050馬力，3,658米高度功率900馬力，極速317公里/小時。螺鏇槳轂裝有整流罩，這是PBY-4獨有的。最後4架PBY-4，BuNo1241、1242和1243成為PBY-5的測試機，安裝了腰部氣泡狀觀察窗，其中1241還安裝了為PBY-5設計的新垂尾和發動機艙。
1938年年中，隸屬珍珠港第2巡邏機聯隊的VP-1，在交出了PK-1雙翼機後前往聖迭戈換裝PBY-4並進行訓練。換裝結束後，該中隊在1939年6月28日將15架PBY-4飛回夏威夷。9月VP-1更名VP-21，受命前往菲律賓加入大西洋艦隊。在這次途徑中途島、威克島和關島的史無前例飛行中該中隊沒有發生事故，順利抵達菲律賓，成為建設中的美國海軍遠東空中力量的重要組成部分。1940年該中隊被編入大西洋艦隊第10巡邏機聯隊，番號又改回到VP-1。
其他裝備PBY-4的單位只有VP-18，也隸屬第2巡邏機聯隊。到1939年年中，該中隊已裝備了16架嶄新的PBY-4，番號改為VP-13，但是在1939年7月海軍巡邏中隊整編時又改為VP-26。這還不是最終的番號，與VP-1中隊一樣，VP-26沿著VP-1的飛行路線前往菲律賓，1940年12月16日抵達馬尼拉，加入新成立的第10巡邏機聯隊，該聯隊母港菲律賓卡威提海軍航空站（NASCavite）。VP-1最終番號為VP-101，VP-26為VP-102。
PBY-5
1939年秋聯合公司的PBY項目似乎陷入了低谷，此時離最後一架PBY-4交付海軍已近一年，在一線服役的PBY也將退役，而聯合公司更先進的Model31還在研製中。但9月希特勒入侵波蘭後英德開戰，皇家空軍立即向聯合定購了106架Model28-5（PBY-5），英國稱為卡特林娜I。1939年9月美國確立了中立巡邏方針，從而對巡邏機的需求量大增。12月20日美國海軍採購200架PBY-5，這是自一戰一來美國海軍最大的一筆軍機採購。PBY-5的幾處改進已經在最後交付的4架PBY-4上經過了驗證。平尾和升降舵經過，方向舵後緣成直線。在外觀上最顯著的變化就是將原先腰部機槍視窗的滑動門改為氣泡狀觀察窗，擴大了腰部機槍手的射擊觀察範圍，並將自衛武器統一為12.7毫米口徑。另外把PBY-4安裝在機身上的無線電測向儀環形天線移到機翼上。PBY-5的動力裝置為一對普惠R-1830-82，起飛功率1,200馬力，驅動漢密爾頓標準液壓控制螺鏇槳。PBY-5極速322公里/小時，最大航程3,162公里。1940年9月海軍接收了首架PBY-5。第二架PBY-5BuNo2290轉交給海岸警衛隊。9月15日，海軍又增訂90架PBY-5，並在10月將“卡特林娜”定為PBY正式綽號。
英國定購的Model28-5在1940年11月開始交付，因在裝備上的略微不同又被分為卡特林娜I/II型。這些出口的飛機由美國對外航空公司的機組人員先飛到英屬殖民地百慕達群島（Bermuda），然後英國機組人員接手完成前往英國的最後飛行。皇家空軍海防總隊第209和240中隊首批裝備了卡特林娜。美國海軍派出了16名經驗豐富的PBY飛行員來幫助英國同行進行轉換。1941年5月，第209中隊編號WQ-Z的卡特林娜發現了在北大西洋逃逸的俾斯麥號戰列艦。
1940~1941年間，聯合不斷接到水上巡邏機的追加訂單，卡特林娜是當時盟國唯一的水上巡邏機。澳大利亞定購了18架卡特林娜I，加拿大定購36架，稱為坎索，荷蘭為東印度軍隊定購36架，法國定購30架，法國陷落後這批飛機轉交給了英國。這些出口的卡特林娜與美國海軍的飛機共用同一生產線，結構上與海軍的PBY-5一樣，但在內部的軍械、無線電、救生裝備等細節之處按購買方標準實施，所以各不相同。
PBY-5A
1939年春最後一架生產型PBY-4BuNo1245被改裝為水陸兩用飛機，安裝了可收放前三點式起落架。前起落架完全收入前機腹，主起落架收入機身兩側的輪艙內。改裝完畢後飛機空重增加了1,043千克，型號也改為XPBY-5A。原型機在1939年11月22日首飛。認識到水陸兩用飛機的實用性與多功能性後，海軍在1939年2月簽訂了契約，將定購的後30架PBY-5改為PBY-5A兩棲機。盟國跟進定購PBY-5A兩棲機。1940年12月5日海軍又增訂了134架PBY-5A，1941年6月增訂30架，1941年10月增訂22架。1940年波音在溫哥華的波音加拿大工廠開始按許可證生產PBY，首批55架坎索A（PBY-5A）是由聯合提供的組件組裝的。
PBY-6A
PBY最後的生產型是PBY-6A兩棲飛機，在這種飛機上繼承了先前型號特別是PBN的改進。同時還增加裝甲、自衛火力和雷達。為了不影響PB4Y-2私掠船（privateer）的生產，卡特林娜的生產被移到聯合紐奧良新廠，這個工廠原先是為已被取消的P4Y-1柯雷吉多爾（Corregidor）準備的。在1945年1月至9月間，聯合共生產了175架PBY-6A，其中30架租借蘇聯，75架進入美國陸軍航空軍作為OA-10B搜救機。
PBY戰史
美國海軍的PBY巡邏中隊幾乎完全在訓練中渡過了戰前短暫的和平歲月，巡邏中隊的傳統任務是高低空轟炸、射擊、魚雷攻擊、沿海岸巡邏等。機組人員定期從所屬中隊的水上飛機基地起飛進行上述訓練。另外每年還要進行一次“前進基地”演習，這通常是作為艦隊戰術演習的一部分來實施。在演習中會有一艘水上飛機供應艦向機組人員和飛機提供保障。供應艦負責在海灣或河口選擇（或被指定）一處海域，用系泊浮筒為水上飛機標出起降水道，同時還負責用交通艇接送機組人員、維護飛機和進行水上機場的警戒等。供應艦設有維修車間和備件倉庫，能提供演習行動所需的各種支援，包括飛機大修。1939年末實施的中立法案及隨後的海岸中立巡邏行動實質上已經使巡邏中隊進入作戰狀態，這為即將到來戰爭積累了寶貴經驗。
日本對珍珠港的突襲所造成的飛機與人員損失對夏威夷的巡邏中隊來說是個災難。第1巡邏機聯隊的27架飛機被毀，6架受損，僅3架正在巡邏的PBY得以倖免。在珍珠港福特島整個VP-22中隊在遭受炸彈襲擊並摧毀滑行斜坡後失去了戰鬥力。珍珠港事件的前幾周，菲律賓的局勢變得越來越緊張，美日巡邏機在沿岸巡邏中都避免接觸。為了保存戰力，第10巡邏機聯隊受命疏散到偏遠基地。儘管美軍已經預先做了準備，但在12月8日，日機對菲律賓的美軍航空兵力發動壓倒性打擊，在完全喪失了制空權的情況下第10巡邏中隊的許多PBY在戰鬥的頭幾天內就被摧毀在系泊地。12月11日就有7架巡邏歸來的飛機被日機低空掃射摧毀在錨地。
在PBY-4與敵機的空戰暴露了PBY的易損性。由於缺少保護人員的裝甲和自封油箱，在遭受敵機攻擊後存活機會渺茫。在不多的PBY編隊遭受攻擊的記錄中，顯示了PBY飛行員戰術上的許可權，他們並沒有嘗試保持編隊的完整性以使用自衛火力互相支援。
實戰中還發現PBY賴以對抗尾部攻擊的腰部機槍站火力不足。雖然所配置的白朗寧機槍是相當可靠的武器，但腰部機槍站缺乏保護機槍手的裝甲且無法持續供彈。PBY-4上的12.7毫米機槍都使用標準50發彈箱，以白朗寧機槍每分鐘600~800發的射速來說，機槍手可以在一次10秒持續射擊中就消耗掉一個彈箱！然後他先要卸下空彈箱，再從架子上取出新彈箱裝上，才能上膛繼續射擊。尾隨的日機飛行員能清楚地看到機槍手在換彈箱的動作，於是乘PBY無力反抗之機抵近射擊。
1941年12月27日凌晨，VP-101中隊的6架PBY-4從荷屬東印度群島安汶島（Ambon）起飛攻擊菲律賓霍洛港（JOLO）的日軍艦艇。每架飛機掛載3枚227千克炸彈，計畫進行3機雙編隊水平轟炸。途中6機分為兩個編隊飛行，到達目標區後，領機編隊進行圓周飛行等待第二編隊，但第二編隊錯過了領機，繼續飛行看到目標後就開始進入轟炸，立即招致日軍防空火力的還擊。第二編隊轟炸了港內的日本巡洋艦和大型運輸艦，在退出轟炸時，一架PBY被擊落，其餘兩架安全返回安汶島基地，他們沒想到的是這為領機編隊帶來了滅頂之災。
領機編隊在10分鐘的繞圈等待後，看到天空開始發白，就開始攻擊。這3架PBY在3,600米高度轉向目標，但此時被激怒的軍艦和岸上防空炮火發現了領機編隊並對其猛烈射擊，同時6架戰鬥機（可能是零式）出現在空中。槍彈從各處射向PBY編隊，由於規避戰鬥機使PBY無法保持編隊，各機獨自發起攻擊。混戰中兩架零式被擊中退出戰鬥，其餘繼續攔截卡特林娜並擊落了領機，兩架僚機見無法繼續實施水平轟炸，於是向目標艦進行俯衝投彈。炸彈在約3,000米高度釋放，在投彈後飛機仍繼續俯衝以期擺脫零式。一架PBY在300米高度被擊中起火，三名乘員跳傘，其餘4人被困，但在飛行員的努力下迫降成功，另一架PBY在兩名機槍手死亡，一名乘員重傷，飛機部分失控的情況下進行迫降但在觸及水面時爆炸，倖存者在經歷了兩個星期的逃亡後回到了部隊。
第10巡邏機聯隊在戰鬥開始時有43架PBY-4，但是到12月13日僅剩11架可飛，聯隊向南轉移到西里伯斯島（Celebes）萬鴉老基地（Manado），後又撤到蘇臘巴亞（Surabaja）。12月23日，倖存的人員和飛機併入VP-101中隊，同時撤銷了VP-102中隊編制。隨著日軍向東印度群島的步步逼近，PBY繼續向南撤退，在2月底最終抵達澳大利亞時僅剩4架。
反艦作戰
PBY曾被臨時用於魚雷攻擊任務。事實上所有列裝的PBY都能掛載標準航空魚雷，但這需要在翼下的炸彈掛架上安裝轉換器，以掛載魚雷及所有必要的發射裝置（功能包括解除戰雷頭保險、起動發動機，手動或電動釋放魚雷）。駕駛艙儀錶板上方，安裝了一具海軍研發的魚雷指揮瞄準器，向飛行員提供瞄準信息及魚雷釋放點。
二戰中PBY實施了大量魚雷攻擊，多數是在戰爭初期的夜間多機實施攻擊。PBY取得了一些戰果，並且自身損失很小。在有了更好的魚雷機後，1943年之後海軍就很少用卡特林娜進行魚雷攻擊了。
“黑貓”作戰
在所有卡特林娜中隊發展和使用的戰術中，最有效和最壯觀的是1942年中期直到戰爭結束在南及西南太平洋實施的夜間搜尋攻擊，此戰術被稱為“黑貓”戰術。由於在戰爭最初的幾個月中PBY遭受大量損失，在防空炮火和戰鬥機攻擊面前顯得很脆弱，所以海軍考慮將卡特林娜用於夜間攻擊任務。當時日軍慣於在夜間使用駁船和登入艇運送補給和人員，以維持他們在太平洋眾多島嶼上的駐軍，在安裝了有效的雷達後，PBY將被用於夜間襲擾性攻擊。
黑貓裝備的無線電高度計允許PBY可以在戰鬥機害怕接近的漆黑海面上掠過，PBY在白天成為明顯目標的巨大身軀可以裝載大量燃油和彈藥，在夜幕的掩護下悄然進入敵人控制的地區。黑貓可以整晚巡航，通過雷達搜尋獵物或在日本運輸艦航線附近伏擊。巡邏機中隊夜間攻擊和襲擾日軍運輸艇的行動始於1942年末的所羅門海域。VP-12是第一個被指定專門進行夜攻任務的中隊，該中隊在1942年12月換裝全黑塗裝的PBY-5A抵達瓜島，並在此作戰至1943年3月直到被VP-54接替。後期部署在瓜島和索羅門群島的黑貓中隊有VP-81、VP-11、VP-52和VP-101。
隨著戰線的西移，巡邏機中隊也隨之移動，通常依靠供應艦為基地，也有一些幸運的中隊得以進駐已建好滑行斜坡和輔助設施的島嶼。而裝備兩棲機的中隊在無陸上機場的情況下只能依靠供應艦從海上機場起降。先進的雷達和改進的戰術使黑貓成為敵水面艦艇的噩夢，嚴重干擾了日本島嶼駐軍的物資和兵員補給，黑貓行動在1943年末達到最高潮。
“飛象”
卡特林娜的搜救任務代號“鄧波”（dumbo），來自迪士尼卡通角色小飛象鄧波，這最初是一個無線電呼號。索羅門群島戰役一開始，PBY飛象經常被編入打擊機群中，在目標區附近盤鏇待機。
1943年初所羅門圖拉吉島（Tulagi）進駐一支飛象分隊，該分隊通常僅編有3架PBY，但在1月1日到8月15日期間卻營救了161名空勤人員，成為飛象營救行動的典範。後來在東印度群島和菲律賓的營救行動由於有了更好的飛機和戰術，所以更加成功。除此之外，計畫和協調良好的空中突擊行動保證了良好的營救時機。
在戰爭的最後幾個月中，太平洋戰區的PBY中隊交替執行飛象和黑貓任務。如此打算是為了保證各中隊間執行高風險攻擊任務和相對安全的救援任務的公平性。1944年10月1日所有的VP和VB中隊都改為VPB中隊，保留原先的編號。在戰爭的最後幾個月在一線海域作戰的中隊有：VPB-29、VPB-33、VPB-34、VPB-44、VPB-5和VPB-71。
對於被卡特林娜從救生艇或荒島的海灘上營救的空勤人員來說，那天勿庸置疑是他們一生中最值得紀念的日子。飛象的努力得到了感謝——不僅來自那些被營救的人，還來自於那些相信自己被擊落後一定會被營救的人。一名陸軍飛行員說道：“每當我看見一架PBY，我就會立即站起來向它敬禮！”這恐怕是空勤人員對樸實的PBY的最高評價！
戰後的PBY
戰後美國海軍很快淘汰了卡特林娜。在戰爭開始時就想被海軍退役的PBY終於被新一代的巡邏飛機，包括馬丁PBM水上飛機、PB4Y-2和P2V陸基飛機所取代。到1948年整個艦隊中僅剩5架PBY，還有少量在後備中隊。1957年1月3日最後服役中的卡特林娜，一架隸屬喬治亞州亞特蘭大後備中隊的PBY-6A正式退役，從這天起一代名機，二戰美國海軍航空史上真正的軍馬成為了歷史。1950年代卡特林娜繼續在多國空軍中服役，主要用於搜救任務。巴西和墨西哥裝備有一些PBY，多數是後期生產的PBY-5A和PBY-6A及坎索A，一直使用到1970年代。丹麥有一個中隊的8架卡特林娜兩棲機，主要部署在格林蘭島，1971年初退役。
戰爭結束後，大量卡特林娜出現在了戰爭剩餘物資市場，買主主要是認識到其潛力的飛機租賃或航空貨運公司。在卸下了裝甲和軍械、無線電和雷達後，PBY可以裝載可觀的貨物，更為重要的是這種老式水上飛機可以在未經整理的簡易機場（兩棲型）或比機身寬的水道上起降。卡特林娜還被地區性航空公司用於到加勒比海和阿拉斯加的定期客運業務，但它們最大的貢獻還是將物資運送到偏遠的或普通飛機無法進入的地區。
在美國和加拿大，許多卡特林娜被改裝為滅火機用於撲滅森林大火，表現相當出色。改裝工作包括密封機身隔艙以容納飛機在水面以70-75節速度滑行時汲取的4,164升水，機身底部安裝了一個可收放的汲水，可在15-20秒內汲取3,028升的水。
卡特林娜另一個成功的角色是地質勘探，機身內安裝了磁力計和其他探測設備以探測礦藏和分析地表下地形，PBY的航程和較低的巡航速度非常合適執行這個任務。
美國共生產了3,300架卡特林娜水上飛機和水陸兩用飛機，其中近100架至今仍在飛行，繼續表現出極佳的其多用途性和可靠性，而正式這些特性使卡特林娜當初贏得了“能前往任何地點、能執行任何任務的軍馬”美譽。儘管PBY誕生至今已有68年歷史，可能至今還沒有一種飛機能比PBY更好地同時完成下列任務：改裝成滅火機撲滅森林大火；搭載磁力計進行地質勘探；運送人員、補給和重型裝備到難以接近的地區；或者成為內部豪華裝修的私人飛機，將人們送至沒有機場的無人區度假。
