С началом войны аэродромы противника стали предметом особого внимания балтийских морских летчиков. Для работы по ним, особенно в 1941-42 гг., привлекались все роды флотской авиации. Первый налет «амбарчиков» состоялся в ночь на 24 июля 1941 г. по аэродрому Выскотка. В дальнейшем гидросамолеты систематически бомбили прифронтовые аэродромы противника в Северской, Котлах, Выскотке, Гдове, Лысино, Смуравьево и Раквере.
В первые месяцы войны МБР-2 выполняли удары, как правило, в составе звена или пары, сбрасывая бомбы серией по 4-6 штук (фугасные ФАБ-50 или ФАБ-100 и осколочные АО-15 и АО-25) на летное поле или на стоянки. В дальнейшем тактика изменилась. Аэродромы в течение всей ночи бомбили одиночные самолеты, подходившие с интервалами в 15-30 минут. Такие удары не только изматывали немцев, но нередко приводили к чувствительным потерям. Так, в ночь на 30 сентября 1942 г. четыре МБР-2 по очереди сбросили на аэродром в Красногвардейске (Гатчина) 20 ФАБ-100 и 15 АО-15. Согласно донесениям противника, в результате были уничтожены два Ju 87 из 7./StGln поврежден Bf 109G-2 из Stab JG77.
Балтийцы отрабатывают взаимодействие. 1940 г.
Следует отметить, что из 1534 вылетов, совершенных ВВС КБФ против аэродромов противника за всю войну, на долю МБР-2 приходится 678. Находящиеся на втором месте истребители выполнили только 375 вылетов.
В течение всей блокады Ленинграда МБР-2 действовали по ночам на немецких прифронтовых коммуникациях, нанося удары по железнодорожным станциям и эшелонам. Весьма часто такие атаки приносили противнику ощутимый урон. Так, 9 февраля 1943 г. семь МБР-2 отбомбились по станции Нарва, в результате чего на воздух взлетели 3 вагона со снарядами. Еще одной задачей летающих лодок стала борьба с дальнобойной артиллерией, обстреливавшей город. По ночам МБР-2 патрулировали над огневыми позициями дальнобойных батарей и сбрасывали бомбы, ориентируясь по вспышкам выстрелов. Однако тут эффект оказался невелик, поскольку орудия находились в укрытиях из земляных валов, и, чтобы уничтожить позицию, требовалось положить бомбу прямо в орудийный дворик, что ночью было очень сложно.
С января 1942 г. МБР-2 стали использоваться и в качестве военно-транспортного самолета. В то время отряд морской пехоты занял острова Гогланд и Большой Тютерс, что потребовало наладить снабжение десанта всем необходимым. Кроме МБР-2, других пригодных для этой роли самолетов в распоряжении флота не оказалось. Один «амбарчик» доставлял гарнизону от 300 до 450 кг различных грузов. В зависимости от погоды вылетало от одной до 5-6 машин. Иногда МБР-2 садились на островах, но чаще грузы сбрасывались либо на парашютах, либо с бреющего полета. Летающие лодки поддерживали «воздушный мост» с Гоглан- дом вплоть до его повторной сдачи 27 марта 1942 г. Последний транспортный полет на остров четверка МБР-2 совершила 28 марта. Не зная, что он уже оставлен, экипажи сбросили 1600 кг грузов и двух парашютистов. В апреле МБР продолжили летать на Гогланд уже для бомбежки захвативших его финнов.
Вследствие боевых и эксплуатационных потерь количество МБР-2 неуклонно сокращалось. К началу 1943 г. в авиации флота осталось всего несколько десятков таких летающих лодок. Весной, когда 15-й МРАП переформировали в 15-й отдельный разведывательный авиаполк, вместо МБР-2 на вооружение поступили Пе-2, «Бостоны» и Як-9. Остававшиеся в строю «амбарчики» использовались, в основном, для отвлекающих бомбовых ударов по береговым объектам во время ночных минных постановок.
Летом-осенью 1943 г. МБР-2 приняли участие в атаках авиации КБФ на вражеские корабли в Финском заливе. 21 августа у о. Соммерс в результате налета четверки Ил-2 из 7-го Гв.ШАП и семи МБР-2 из 58-й ОМРАЭ были потоплены немецкие катера-заградители КМб и КМ30, а КМ28 получил повреждения, сел на грунт и не восстанавливался. Потери противника составили 6 убитых и 10 раненых. 14 сентября МБР-2 из 58-й эскадрильи потопили немецкую тяжелую плавучую батарею SAT27 «West».
Эти успехи стали завершающими аккордами в боевой карьере «амбарчиков» на Балтике. К 1944 г. активное применение МБР-2 ВВС КБФ закончилось.