Опытный образец летающей лодки, XP3Y-1, впервые был поднят в воздух 28 марта 1935 г. Предусмотрев в конструкции самолета бомбовую нагрузку, его перевели в категорию патрульных бомбардировщиков. Поэтому серийные самолеты обозначались PBY-1. Они поступили на вооружение эскадрильи VP-11F ВМФ США в октябре 1936 г. В 1937-38 гг. были выпущены подобные вышеописанной модификации PBY-2 и PBY-3. Вариант PBY-41938 г. отличался новыми звездообразными моторами Пратт-Уитни R-1830-72 мощностью по 1050 л.с. и большими прозрачными обтекателями бортовых стрелковых точек (раньше они закрывались люками). К концу 1941 г. 16 эскадрилий ВМФ США летали на PBY-5 с моторами -92 и видоизмененным килем; кроме того, имелось еще пять эскадрилий, укомплектованных «летающими лодками» ранних выпусков.

Во время разгрома американского флота в Пёрл-Харборе в ВМФ уже поставлялись первые образцы амфибий PBY-5A. Большое количество PBY-4 и PBY-5 заказала Великобритания, а всего за последующие три года было произведено 685 таких самолетов, многие из которых были поставлены в ВВС Канады, Австралии и Новой Зеландии. PBY-6A, модификация «Каталины» с увеличенными килем и рулем направления, была оснащена РЛС в обтекателе над кабиной. 112 самолетов PBY-6A было поставлено в ВМФ США, 48 - в СССР и 75 - в ВВС США (под обозначением ОА-10В). На заводе военно-морской авиации в Филадельфии изготовили PBN-1 «Номэд» с улучшенными корпусом и поплавками. Общее количество самолетов PBY всех модификаций достигло 3 290, а кроме этого, неизвестное число таких самолетов (обозначенных ГСТ) было выпущено в СССР.

Характеристики PBY-2 «Каталина»
Экипаж: 7-9 человек
Двигатели: Пратт-Уитни R-1830-64, 2 х 900 л.с.;
Макс. скорость на высоте 2438 м: 286 км/ч;
Скороподъемность у земли: 253 м/мин;
Практический потолок: 6340 м;
Дальность: 3396 км;
Вес: пустого - 6653 кг; макс. взлетный - 12882 кг;
Размеры: размах крыла - 31,69 м; длина 20,07 м; высота - 5,64 м; площадь крыла - 130,00 м2;
Вооружение: 2 х 7,62-мм и 2 х 12,7-мм пулемета, 4 х 454-кг бомбы.