16 сентября 1939 г. приказом наркома ВМФ на Северном флоте был сформирован 118-й морской ближнеразведывательный авиаполк трехэскадрильного состава, в который передали 18 МБР-2 с экипажами из 15-го полка Балтфлота. Поскольку все явственней вырисовывалась перспектива войны с Финляндией, то самолеты не стали, как обычно, перевозить разобранными по железной дороге, а перегнали. 23 сентября из Ленинграда вылетели три группы, которым пришлось столкнуться на маршруте со сложными метеоусловия. 4 октября перегонку МБР-2 завершили, потеряв в авариях две машины.
Первой войной для МБР-2 стал конфликт с японцами в районе озера Хасан в июле-августе 1938 г. Тихоокеанские летающие лодки вели разведку в Японском море, на подходах к Владивостоку и Посьету. Поскольку ни флот, ни ВВС противника в конфликте не участвовали, боевых столкновений экипажи МБР-2 не имели.
После заключения осенью 1939 г. «Пактов о взаимопомощи» с Эстонией и Латвией СССР получил многочисленные базы в Прибалтике. Первой из состава ВВС КБФ туда перебросили только что сформированную 10-ю авиабригаду, в которую входили 12-я (с 3 декабря – 15-я), 43-я и 44-я морские ближнеразведывательные авиаэскадрильи (МБРАЭ), каждая из которых располагала двенадцатью МБР-2. 15-ю и 44-ю эскадрильи разместили на эстонских гидроаэродромах в Кихель- конне (о. Эзель) и Палдиски, 43-ю – в латвийской Лиепае. Кроме того, в Балтфлот входили и другие вооруженные МБР-2 части: 18-я, 41- я, 58-я ОМБРАЭ, 12-й, 44-й отдельные авиаотряды, базировавшиеся в восточной части Финского залива и на побережье Ладожского озера. Всего к концу ноября, когда началась война с Финляндией, в ВВС КБФ насчитывалось 124 гидросамолета (из них 114 боеготовых).
Поскольку акватории гидроаэродромов замерзли, то поставленные на лыжи МБР-2 летали с сухопутных аэродромов. С первых же дней войны и до ее конца их экипажи вели разведку устья Финского залива и северной части Балтийского моря. Однако, когда потребовалось получить точные сведения о береговых батареях противника, защищавших приморские фланги «линии Маннергейма» и хорошо прикрытых зенитной артиллерией, выяснилось, что МБР-2 этого сделать не могут, прежде всего, из-за малой скорости и большой уязвимости. Поэтому пришлось срочно устанавливать фотоаппараты на бомбардировщики СБ и наскоро обучать их экипажи основам ведения воздушной разведки.
Кроме того, летающие лодки активно привлекались для борьбы с финским судоходством и к ударам по различным береговым объектам как днем, так и ночью. Еще одной возложенной на них задачей стало спасение экипажей сбитых самолетов, с чем «амбар- чики» справлялись вполне успешно. Так, 2 февраля 1940 г. МБР-2 из 18-й ОМБРАЭ вывез раненых летчика и стрелка-радиста бомбардировщика СБ, подбитого финскими истребителями и совершившего вынужденную посадку на лед между островами Соммерс и Нерва. Пилотировавший гидросамолет к-н ААГубрий был удостоен звания Героя Советского Союза.
На Ладоге действовала 41-я ОМБРАЭ, располагавшая 8 МБР-2 (позже их число увеличилось до 13) и находившаяся в подчинении Ладожской военной флотилии. Эскадрилья следила за перемещениями финских кораблей на озере (до параллели острова Валаам), привлекалась для подавления батарей противника на острове Коневец, а когда части 8-й армии пошли в наступление, наносила бомбовые удары по объектам неприятеля на островах Мантсинсаари, Ристисаари, Валаам и Ковенец.
Столкновения МБР-2 с весьма малочисленными финскими истребителями происходили редко, и куда больше «амбарчикам» досталось от своих. Например, 41-я ОМБРАЭ по этой причине потеряла две машины. Всего за ту войну ВВС КБФ потеряли 12 МБР-2, из которых 3 числятся не вернувшимися с боевого задания по неизвестным причинам, а 9 разбились в авариях и катастрофах.
Приняли участие в «Зимней войне» и гидросамолеты 118-го морского ближнеразведывательного авиаполка (с лета 1940 г. – отдельный разведывательный авиаполк (ОРАП) Северного флота. Они вели разведку коммуникаций противника до Тана-фьорда и Варан- гер-фьорда, а также побережья Баренцева моря, фотографировали финскую территорию, обеспечивали переброски войск морем в Петсамо, выполняли специальные задания штаба флота, налетав в общей сложности 466 ч. Финны не использовали истребители в Заполярье, однако летающие лодки именно Северного флота понесли наибольшие потери в той войне. В начале 1940 г. в загоревшемся из-за халатности одного из механиков ангаре погибли четырнадцать МБР-2 – целая эскадрилья!
Использовались в боевых действиях и МП-1 Северного управления ГВФ, сведенные в Особую петрозаводскую авиагруппу. Причем, один мобилизованный «амбарчик» (СССР-Л2551) стал финским трофеем.
В июне 1941 г. в ВВС СФ насчитывалось 49 МБР-2. 37 из них (32 исправных) входили в 118-й ОРАП, который располагал также семью лицензионными ГСТ. Остальные МБР-2 находились в 49-й отдельной эскадрилье. С началом войны «амбарчики» стали вести разведку в операционной зоне флота. Очень скоро МБР-2 из 118-го полка пришлось подключить к нанесению бомбовых ударов по наступавшим частям немецкого горнострелкового корпуса «Норвегия». Первый налет, в котором приняла участие пятерка гидросамолетов, состоялся 29 июня и прошел успешно. Однако вторую группу из тех МБР-2 перехватили «Мессершмитты» и сбили. В живых остался только один экипаж, совершивший вынужденную посадку в губе Титовка.
Летом 1941 г. летчикам 118-го ОРАП пришлось скрестить оружие и с таким серьезным противником, как эсминцы немецкой 6-й флотилии, осуществлявшие набеговые операции на советские прибрежные коммуникации. 13 июля гидросамолеты совершили 29 вылетов на поиск кораблей противника, атаковавших конвой и потопивших в районе Териберской губы сторожевик «Пассат» и спасательное судно РТ-67. Уже в первом вылете пара МБР-2 обнаружила немецкие корабли и сбросила на них бомбы. По докладу летчиков, восемь ФАБ-100 упали с перелетом в 10-20 м впереди головного эсминца Z10 «Hans Lody». Корабельные зенитки вели интенсивный огонь, и ведущий МБР-2 (бортовой №10), пилотируемый командиром 2-й эскадрильи к-ном В.М.Сечкиным, получил прямое попадание за вторым реданом. Были перебиты тросы управления рулем высоты, деформирована правая часть стабилизатора. Всего в результате обстрела самолет получил 49 осколочных пробоин. Несмотря на серьезнейшее повреждение, летчику удалось довести свою искалеченную машину до губы Грязной, однако при посадке летающая лодка разбилась. Экипаж остался цел.