Проведя одиннадцать месяцев на Новой Гвинее, GUBA II вернулась в Нью-Йорк, где в то время проходила Всемирная выставка. Позднее машину продали в Британию, где она, получив гражданскую регистрацию G-AGBJ, эксплуатировалась в Западной Африке авиакомпанией ВОАС.

Шестьдесят шесть машин модификации PBY-3 были заказаны в ноябре 1936 года, по уже сложившейся традиции еще до первых поставок серийных самолетов предыдущей модификации. По требованиям ВМС и учитывая накопленный в процессе эксплуатации опыт, в конструкцию внесли ряд незначительных доработок. Машину оснастили двигателями Пратт Уитни R-1830-66 мощностью 900 л.с., что позволило несколько улучшить летные характеристики, несмотря на возросший из-за усиления конструкции и установки дополнительного оборудования вес. Использование нового карбюратора потребовало переноса его воздухозаборника с нижней стороны мотогондолы на верхнюю.

На протяжении 1937/38 годов новые самолеты получили эскадрильи VP-7 и VP-9, базировавшиеся в Сан-Диего, VP-4 и VP-18 в Перл-Харборе, VP-5 в Коко Соло и недавно сформированная в Сиэтле VP-16. VP-4 и VP-5 перегоняли свои PBY-3 из Сан-Диего к месту базирования пользуясь уже отработанными маршрутами.

К 7 декабря 1941 года, когда Соединенные Штаты вступили во Вторую Мировую войну, PBY-3 оставались на вооружении патрульных эскадрилий VP-21 и VP-22 в Перл-Харборе и VP-32 в Коко Соло. Шесть машин VP-22 и три VP-21 были уничтожены во время внезапной японской атаки. Последний патрульный PBY-3 из VP-32 был снят с вооружения 11 марта 1943 года. Как и их предшественники, «тройки» доживали свой век в учебных эскадрильях и последнюю из них списали 31 мая 1945 года.

PBY-3 был оснащен новыми моторами Пратт Уитни R-1830-66 с карбюраторами другой конструкции, что потребовало перенести их воздухозаборники с нижней поверхности мотогондолы на верхнюю.

PBY-2

PBY-3

Согласно контракту подписанному 18 декабря 1937 года было заказано 33 патрульных летающих лодки PBY-4 – наименьшее количество среди всех модификаций PBY. За исключением последних четырех самолетов, послуживших прототипами для следующей модификации PBY-5, эти машины были очень близки по конструкции к PBY-3. На них устанавливали моторы Пратт Уитни R-1830-72, развивавшие взлетную мощность 1050 л.с. и 900 л.с. на высоте 3650 м, что обеспечивало машине скорость 317 км/ч. Втулки винтов были закрыты коками – характерная отличительная черта «четверок».

Последние три самолета этой модификации, BuNo 1241, 1242 и 1243, получили блистеры на бортовых стрелковых установках, которые в дальнейшем стали «фирменным знаком» «Каталины». В дополнение к блистерам BuNo 1241 был оснащен новыми вертикальным оперением и гондолами двигателей, в дальнейшем также использовавшимися на «Каталинах».

PBY-3 из VP-7 готовят к выкатке на берег. Цвет полос на руле определить невозможно. Номер самолета нанесен на верхнюю поверхность обеих консолей крыла. Шеврон на центроплане цвета True Blue, что указывает на принадлежность машины к третьему звену, в которое входили летающие лодки с бортовыми номерами 7, 8 и 9.

Самолет с бортовым номером 5 из VP-9 в Сэндс Пойнт, 1938 год. Хорошо видны воздухозаборники карбюраторов на верхней поверхности мотогондол. Через открытый сдвижной люк видно крепление пулемета правой бортовой стрелковой точки.

VP-9 перегнала свои PBY-3 на озеро Вашингтон в Сиэтле, которое она использовала в качестве передовой базы в ходе учений, август 1938 года. На заднем плане видно еще несколько летающих лодок.

13-P-I5 из VP-13 со стандартными для PBY-4 противообледенителями. Коки винтов были характерной отличительной чертой «четверок».

PBY-3

PBY-4

Еще один PBY-4 из состава VP-13. Самолет несет необычно крупные бортовые номера.

Первую машину новой модификации поставили VP-1 в Сан-Диего в середине 1938 года, и к нюню 1939 года в составе этой эскадрильи было 15 таких самолетов. VP-1, входившая в состав базировавшегося в Перл-Харборе 2-го патрульного крыла (PatWing 2), сдала свои бипланы РК-1 и прибыла в Сан-Диего для перевооружения и переучивания. По завершении переподготовки, 28 июня 1939 года, эскадрилья перелетела обратно на Гаваи. В сентябре эскадрилья получила новый номер VP-21 и ее перебросили на Филиппины. Маршрут перелета пролегал через Мидуэй, Уэйк и Гуам и подразделение преодолело его без потерь, став первым шагом в реализации плана по усилению сил авиации ВМС США на Дальнем Востоке. В 1940 году, после организации 10-го патрульного крыла (PatWing 10), эскадрилье вернули прежнее обозначение VP-1.

Второй и последней эскадрильей, получившей на вооружение PBY-4, стала VP-18, также входившая в состав PatWing 2. К середине 1939 года, когда в ее составе насчитывалось 16 PBY-4, ей присвоили новое обозначение VP-13. В июле 1939 года прошла реорганизация патрульных эскадрилий и подразделение в очередной раз переименовали, теперь оно стало VP-26. Как и VP- 21 годом ранее, VP-26 отправилась по уже проторенному маршруту в трансокеанский перелет на Филиппины, прибыв к месту назначения 16 декабря 1940 года. Там эскадрилья вошла в состав недавно созданного 10-го патрульного крыла, базировавшегося на Кавите, причем снова пришлось поменять номера эскадрилий, на этот раз окончательно: VP-1 стала VP-101, a VP-26 – VP-102.

VP-21 (ранее VP-1) прибыла на Филиппины в сентябре 1939 года. Напряженность в регионе заставила нанести изображение американского флага на верхнюю часть фюзеляжа, позади люков стрелков, и нижнюю часть консолей крыла, с внутренней стороны от обычных звезд.

PBY-4 10-го Патрульного крыла (PatWing 10) на Филиппинах несли камуфляж местной разработки. Точно определить его цвета не удалось, но можно предположить, что он состоял из оттенков серого или синего. Фотографии свидетельствуют, что самолеты эскадрилий У Р-101 и 102 имели такую окраску, по мепыией мере, до мая 1941 года.

Коммерческий вариант PBY-4 был продан фирме Америкэн Экспорт Эйрлайнз и поставлен заказчику в июне 1939 года. Имевшая гражданскую регистрацию NC 18997, эта летающая лодка получила собственное имя «Трансатлантик» (Transatlantic) и использовалась в Северной Атлантике для разведки новых маршрутов для грузовых и почтовых авиалиний. Экипаж машины возглавлял один из самых известных и уважаемых в ВМС США пилотов уоррент-офицер Патрик Дж. Бирнесс, по прозвищу «Папочка». В 1944 году «Трансатлантик» оказался в составе авиации ВМС США и, получив новый номер 99080, использовался для грузовых перевозок.