Y1B-17A：1937年5月12日，美軍陸航司令部（USAAC）將Y1B-17機體裝配成壹架測試機，型號為Y1B-17A。
Y1B-17：Y1B-17是B-17的測試型號。外觀上最顯著的改變也許就在主起落架上面，原先的兩個主起落架支柱現在改為壹個，另外發動機艙上方設置了長長的汽化器進氣道。
B-17B ：是飛行堡壘家族第壹個批量生產的成員。USAAC稱作B-17B。B-17B與Y1B-17外觀上的不同在於采用了面積較大的方向舵和副翼。去掉了透明的機鼻上方形似玻璃暖房的機槍轉塔和機鼻下方的投彈瞄準窗口，透明的機鼻經過重新設計。機槍轉塔被機鼻右側的壹個簡單的7.62毫米球形萬向機槍座所取代，透明機鼻上下方的壹塊平板玻璃充當投彈瞄準窗口。駕駛艙頂部增加了氣泡觀察窗。B-17B裝備了更強有力的R-1820-51發動機。除此之外內部的許多系統被改變，重新安排了乘員位置，氣動剎車改為液壓式。
B-17C：USAAC在1939 年進壹步訂購了38 架飛行堡壘，這次訂購的是改進型 Model299H，軍方指定型號B-17C。
B-17D：1941 年根據租借法案，從生產線上抽調了20架B-17C援助英國，改稱堡壘1型。USAAC剩余的B-17C在1941年1月返回波音工廠升級成B-17D。B-17D在機內有數種改進，規模不大。
B-17E：是飛行堡壘家族中第壹個開始大量生產的型號。B-17E 是根據早期歐洲空戰的經驗教訓進行改進的產物，從B-17E開始，飛行堡壘開始真正成長為令人生畏的轟炸機。從E型開始，B-17擁有了標誌性的巨大垂尾。
B-17F：最後壹架B-17E於1942年5月28日離開了波音生產線，在生產了512 架B-17E後，波音轉產B-17F。作為飛行堡壘家族中的新成員，B-17F接替了B-17E的生產。F型是根據早期太平洋戰場上使用B-17C/D的經驗於1942年初開始進行改進設計的結果。在外觀上可能無法區分B-17F與 B-17E，它們之間的區別僅能通過機鼻透明整流罩有無邊框來區分。B-17F內部有超過400項的改進。
B-17G ：B-17G於1943年7月開始投產的，是飛行堡壘家族中數量最多的成員。B-17G 最顯著的外形特征就是下顎增加了本迪克斯動力炮塔，內置兩挺12.7 毫米機槍。
另有不同數量不同型號的空中堡壘被改裝成火力支援護航機、偵察機、運輸機、測試機以及無人機、靶機等等。二戰中及戰後，也有超過十個國家裝備過B-17空中堡壘轟炸機。