В первую очередь перевооружались разведывательные эскадрильи, а затем отряды и звенья волнового управления, которые одновременно с перевооружением на МБР-2ВУ развертывались в эскадрильи. Так, на Черном море 2-й отдельный отряд бригады торпедных катеров был развернут в 32-ю авиационную эскадрилью волнового управления.
Подразделения МБР-2ВУ входили в состав бригад торпедных катеров и постоянно принимали участие в боевой подготовке флота, отрабатывая взаимодействие самолета-водителя и катера, что со временем дало свои результаты. Так, на флотских учениях, проходивших на Балтике осенью 1937 г., дивизион катеров ВУ получил высокую оценку наркома обороны К.Е. Ворошилова и вошел в число лучших частей флота. Однако тех успехов, что были достигнуты в предвоенные годы, во время войны добиться не удалось. Единственная попытка применения катеров ВУ, и то неудачная, была предпринята на Черном море только в 1943 г.
МБР-2 послужили основой военно-воздушных сил самого молодого советского флота — Северного. 17 сентября 1936 г. из Ленинграда в Мурманск был отправлен эшелон с тремя МБР-2-М-17 из состава 105-й авиационной бригады Балтийского флота. Эти три летающие лодки, объединенные в 7-е отдельное авиационное звено, стали первыми самолетами морской авиации на Севере. Однако первые полеты начались только летом следующего года, поскольку гидроаэродром в губе Грязная был готов только в мае 1937 г. С поступлением новой техники и личного состава 1 сентября 1937 г. 7-е отдельное авиационное звено преобразовано в 29-ю отдельную морскую дальнеразведывательную эскадрилью, а в марте 1938 г. — в 45-ю ближнеразведывательную. Кроме строевых частей, МБР-2 поступали в школу морских летчиков и летнабов в Ейске (позже — Военно-морское авиационное училище им. Сталина), основную «кузницу кадров» советской гидроавиации.
В связи с принятием руководством СССР курса на создание «Большого океанского флота» и, соответственно, возрастанием его роли в системе вооруженных сил страны постановлением ЦИК СССР от 30 декабря 1937 г. был образован Народный комиссариат Военно-морского флота СССР. Морская авиация как основной род сил флота и стала именоваться авиацией ВМФ.
С 1938 г., одновременно с наращиванием численности самолетного парка, началось формирование авиаполков четырех-пятиэскадрильного состава, сводившихся в авиационные бригады. Военно-воздушные силы флотов состояли из авиабригад и отдельных эскадрилий, имевших свои органы тыла, ремонта, а также подразделения обслуживания. Так, в ВВС БФ на базе 105-й авиационной бригады в 1938 г. был сформирован 15-й авиационный полк в состав которого были сведены отдельные эскадрильи (в том числе 19-я морская дальнеразведывательная), летавшие на МБР-2.
В том же 1938 г. тихоокеанские МБР-2 приняли участие в конфликте с японцами в районе озера Хасан. Разведывательная авиация флота в период боев вела дальнюю разведку в Японском море и на подходах к Владивостоку и Посьету. Поскольку ни японский флот, ни японские ВВС в конфликте не участвовали, боевых столкновений с противником экипажи МБР-2 не имели.
К 1937–1938 гг. летающие лодки Г.М. Бериева стали основными гидросамолетами советской морской авиации, на этот же период приходится пик его серийного выпуска. К этому времени МБР-2 были неплохо освоены экипажами в строевых частях, получив за свои угловатые формы иронично-ласковое прозвище «амбарчик», а за серебристую окраску возвышенно-романтическое — «морская чайка». Летающие лодки были прочны и надежны, имели простое и приятное управление, хорошую мореходность и сравнительно большую дальность полета, не доставляя особых хлопот летчикам.
Простая и дешевая деревянная конструкция позволяла техническому составу проводить в частях ремонт практически любой степени сложности. Однако то же дерево требовало от техников немалых усилий по сохранению прочности гидросамолетов. После выкатки МБР-2 на берег лодку требовалось тщательно просушить и удалить из нее влагу. Просушка производилась самыми разными способами: горячим песком, который насыпался в чехлы и прикладывался к отсыревшим частям самолета, электролампами, горячим сжатым воздухом или бидонами с горячей водой.
Но, находившийся в самом зените своей карьеры, МБР-2 уже стремительно устаревал. Командование авиации ВМФ не удовлетворяли его невысокие летные данные, прежде всего маленькая скорость, слабое оборонительное вооружение и малая бомбовая нагрузка. Кроме того, строящемуся «большому флоту» требовались не ближние, а дальние морские разведчики. Поэтому на состоявшемся 20 мая 1939 г. заседании Главного военного совета ВМФ было признано необходимым «авиацию РКВМФ, наряду с сухопутными типами самолетов, вооружать морскими лодочными гидросамолетами с большой мореходностью и дальностью, способными обеспечить тесное взаимодействие с флотом и непрерывность действия». Но пока все тот же завод № 31 осваивал производство цельнометаллических дальних разведчиков ГСТ (лицензионная PBY-1 «Каталина») и отечественного МДР-6 разработки И.В. Четверикова, вновь формируемые авиационные части требовалось укомплектовывать техникой, и производство МБР-2, правда во все меньших количествах, продолжалось.