После неудачной охоты за немецкими кораблями летающие лодки опять вернулись к своей обычной боевой работе, и надо отметить, что только малочисленность немецкой авиации в Заполярье позволяла тихоходным «амбарчикам», летавшим без истребительного прикрытия, избегать больших потерь, поскольку летающие лодки не были трудной мишенью для «мессершмиттов». Так, 27 августа 1941 г. звено МБР-2, выполнявших разведывательный полет над Баренцевым морем, наткнулось на патруль Bf-109. В последовавшем затем недолгом бою все три летающие лодки были сбиты, погибли два экипажа.
Поэтому закономерно, что уже с октября 1941 г. МБР-2 перешли к боевым вылетам в темное время суток. Как только позволяла погода, летающие лодки вели беспокоящие бомбардировки войск противника на линии фронта. Однако дело не ограничилось только лишением немцев нормального сна по ночам. В ночь с 5 на 6 декабря 1941 г. самолеты МБР-2 совершили 20 боевых вылетов на бомбардировку, в том числе и по судам в порту Лиинахамари. В результате прямым попаданием был поврежден п/х «Antje Fritzen» (4330 брт), погибло три и было ранено пять человек из экипажа.
К началу войны МБР-2 был единственным самолетом советской морской авиации, специализированным для решения задач противолодочной обороны.
Поэтому важной задачей «амбарчиков» стала противолодочная борьба и проводка конвоев. 49-я эскадрилья, вошедшая в состав Беломорской военной флотилии вместе со звеном МБР-2 из 118-го орап, базировавшегося на Иоканьгу, начала вести поиск подводных лодок над Белым морем и подходами к нему.
4 сентября пара МБР-2 49-й эскадрильи (экипажи лейтенантов Ю.Х. Грязнова и П.П. Марьянкова) обнаружила и атаковала к западу от мыса Канин Нос немецкую подводную лодку в позиционном положении. После перезарядки самолеты еще раз бомбили масляное пятно, образовавшееся после атаки. Под ударом оказалась U-752, в результате чего на лодке нарушилась герметичность топливных цистерн. Хотя немцы и не имели потерь в лодках, противолодочное патрулирование заставило их несколько снизить активность своих субмарин на подходах к Белому морю. Свой «главный противолодочный калибр» — глубинные бомбы ПЛАБ-100 — гидросамолетам довелось применить не только по чужим, но и по своим. 7 октября 1941 г. пара МБР-2 по ошибке атаковала подводную лодку С-101, совершавшую переход из Беломорска в Полярный.
С приходом 31 августа 1941 г. первого союзного конвоя в Архангельск МБР-2 стали вести их противолодочное прикрытие. С 6 по 13 июля 1942 г. МБР-2 вели разведку и поиск транспортов печально знаменитого конвоя PQ-17. Летающие лодки активно действовали при проводке самого большого конвоя PQ-18. 10 сентября 1942 г. пара МБР-2 атаковала совместно со сторожевым кораблем «Гроза» субмарину, застигнутую в надводном положении. После атаки на поверхности появились воздушные пузыри и соляр. 16 сентября два гидросамолета сбросили 4 бомбы на лодку, обнаруженную в 45 милях к западу от губы Белушья.
События лета 1942 г. (активизация немецких подводных лодок у Новой Земли и прорыв «карманного линкора» «Адмирал Шеер» в Карское море) заставили командование флота сформировать Новоземельскую ВМБ и 3-ю авиагруппу, основу которой составили 17 МБР-2. Кроме того, в состав Беломорской флотилии вошел 22-й разведывательный полк, переброшенный на Север с Каспия, имевший в своем составе 32 МБР-2.
С 26 августа по 5 сентября 9 МБР-2 перелетели на новоземельские аэродромы, начав постоянные разведывательные полеты в Карском море, там, где раньше летали только летчики полярной авиации. Но, тем не менее, МБР-2 не нашли широкого применения в Арктике, прежде всего из-за малой дальности и продолжительности полета.