С потерей Херсона и Николаева, выходом немцев к Перекопу, основная группировка авиации Черноморского флота перебазировалась на крымские аэродромы. 14 сентября для действий по немецким войскам, рвавшимся в Крым, была создана Фрайдоровская авиагруппа, в состав которой вошли гидросамолеты 119-го мрап и 82-й омраэ из Донузлава.
Помимо поддержки сухопутных войск, МБР-2 в этот период привлекались и для прикрытия в море крупных боевых кораблей. Так, 13 сентября пара МБР-2 охраняла вспомогательный крейсер (бывший ледокол) «Микоян» на переходе из Севастополя в Одессу. 19 сентября летающие лодки обеспечивали боевой поход крейсера «Ворошилов» на обстрел позиций немцев в районе Скадовска. МБР-2 в этой рискованной операции (обстрел проводился днем, прикрыть истребителями крейсер и гидросамолеты флот не мог) исполняли роль корректировщиков артиллерийского огня.
С выходом немецких войск к Севастополю основные силы ВВС ЧФ перебазировались на Таманский полуостров, а для обороны главной базы была организована 3-я Севастопольская авиагруппа, в состав которой вошли 16-я и 64-я омраэ (26 гидросамолетов МБР-2), базировавшиеся в бухтах Матюшенко и Голландия.
119-й мрап и 82-я омраэ перебазировались в Геленджик, где в сжатые сроки в течение сентября-октября 1941 г., в основном силами личною состава тыла 82-й эскадрильи, была построена новая гидробаза с бетонированным спуском и маневренной площадкой. После проведения Керченско-Феодосийской десантной операции зимой — весной 1942 г. МБР-2 119-го мрап базировались на временном гидроаэродроме, созданном на озере Тобичик в двадцати пяти километрах южнее Керчи.
МБРы Севастопольской авиагруппы по ночам бомбили передний край немцев, наносили удары по железнодорожной ветке Сарабуз — Симферополь — Бахчисарай. Особое внимание уделялось немецким аэродромам в Саках и Сарабузе, и в первую очередь, базировавшимся на них торпедоносцам и бомбардировщикам, действовавшим на коммуникациях между Севастополем и Новороссийском. МБР-2 работали по этим аэродромам почти постоянно, по ночам, как правило, одиночно или парами, но иногда и большими группами до 20 машин.
В апреле 1942 г. был проведен ряд последовательных ударов морской авиации по аэродрому в Саках. Аэродром в течение всей ночи атаковали группы по 6–8 МБР-2 в каждой, выходившие на цель с разных направлений через неравные интервалы времени. Всего за 12 ночей, по данным разведки, на счет экипажей летающих лодок записали около 20 уничтоженных немецких самолетов при потере одного МБР-2 от зенитного огня. В свою очередь, немцы стремились уничтожить досаждавшие им гидросамолеты, тем более что гидроаэродром в бухте Матюшенко очень скоро оказался под обстрелом их артиллерии. Поэтому к началу июня 1942 г. в составе авиагруппы осталось только 13 машин.
Усиление активности немецкой торпедоносной и бомбардировочной авиации на наших коммуникациях между Севастополем и портами Кавказа потребовало от авиации флота организации прикрытия с воздуха кораблей и судов на переходе. Полное отсутствие в составе ВВС ЧФ тяжелых истребителей привело к тому, что эту задачу пришлось возложить на бомбардировщики ДБ-3, Пе-2, СБ и летающие лодки МБР-2. Если бомбардировщики хотя бы теоретически могли прикрыть свой конвой от немецких атак, то слабо вооруженные «амбарчики» никак не подходили для таких целей. Зачастую экипажам МБР-2 приходилось отбиваться от немцев, полагаясь исключительно на собственную смекалку. Так, 2 августа 1942 г. при отражении налета торпедоносцев Не-111 из 6./KG26 на поврежденный в набеге на Феодосию крейсер «Молотов» и лидер «Минск» экипажу одного из МБР-2, чтобы как-то сбить «Хейнкель» с боевого курса, пришлось пускать в него сигнальные ракеты. Поэтому, чтобы хоть как-то усилить вооружение, на некоторых летающих лодках установили держатели для реактивных снарядов.
МБР-2 участвовали и в отражении наступления немецко-румынских войск на Кавказ. В августе 1942 г., «амбарчики» вместе с такими «новейшими» самолетами, как УТ-16 и И-15 (а других машин просто в этот момент не было), вошли в состав срочно созданной морской авиагруппы Новороссийского оборонительного района. Но несмотря на «антикварную» технику, МАГ НОР сыграла свою роль в одном из драматических эпизодов битвы за Кавказ. В период самых напряженных боев за Новороссийск, с 23 августа по 22 сентября 1942 г., МБР-2 действовали по войскам противника в Гостагаевской, Станичке, Мефодиевской, Крымской, Абинской, Ильинской и занятому немцами аэродрому Анапа. Наибольшее напряжение пришлось на ночь с 5 на 6 сентября 1942 г., когда МБР-2 совместно с УТ-16 выполнили 36 боевых вылетов на бомбардировку немецких войск в районах Южной Озерейки и Глебовки.
Из-за известных событий весны — лета 1942 г., происходивших на южном фланге советско-германского фронта, авиация флота до начала сентября в основном использовалась на сухопутном фронте и для действий по морским целям привлекалась эпизодически. К осени 1942 г. оперативная обстановка на море серьезно изменилась. Немцы весной 1942 г. начали переброску на Черное море соединений ВМС, основную ударную силу которых составили флотилии торпедных катеров и подводных лодок. Кроме них появились итальянские подводники и катерники. Поэтому МБР-2 стали гораздо чаще использоваться по своей «основной специальности» — как морские разведчики и бомбардировщики. В частности, одной из задач летающих лодок стало патрулирование и ежедневная воздушная разведка побережья Кавказа для своевременного обнаружения «шнелльботов» немецкой 1-й флотилии торпедных катеров, с начала августа начавших активные действия против советских каботажных перевозок. Продолжали «амбарчики» наносить удары и по кораблям и судам противника.
В 1942 г. на их счету немецкий сторожевой катер типа «MFK» и плавучий док, потопленные 20 июля при налете 15 МБР-2 и 5 СБ на Мариуполь. В ночь на 22 июля, при налете 15 МБР-2 и МТБ-2, был потоплен сторожевой катер из 17-й немецкой флотилии охраны водного района. 26 сентября 5 ДБ-3 из 5-го минноторпедного полка, 3 СБ из 40-го бомбардировочного полка и 7 МБР-2 из 119-го мрап совместными усилиями потопили у Керчи немецкий пароход «Naunburg».
28 октября 18 МБР-2 из 119-го мрап потопили в бухте Сенной немецкий лихтер JPR54605.
Как уже отмечалось выше, в 1942 г. у МБР-2 появился новый противник — более опасный, чем единственная румынская субмарина, — немецкая 30-я флотилия подводных лодок. В конце 1942 г. немцы стали выходить в боевые походы к кавказскому побережью, что настоятельно потребовало усиления системы противолодочной обороны. Для решения исключительно задач ПЛО были выделены три отдельные эскадрильи МБР-2 — 18-я, 60-я и 82-я, с базированием, соответственно, в Геленджике, Туапсе и озере Палеостоми вблизи Поти. Летающие лодки этих эскадрилий вели противолодочное охранение боевых кораблей и конвоев непосредственно на подходах к военно-морским базам и систематически патрулируя 40-мильную прибрежную полосу. «Амбарчики» в обязательном порядке сопровождали на переходах морем все крупные конвои.
К угрозе, исходившей от немецких лодок, командование флота относилось достаточно серьезно, поэтому МБР-2 вылетали на поиск лодок вплоть до окончания боевых действий на Черном море, однако отсутствие каких-либо технических средств обнаружения, как на Севере, так и Балтике, не позволило достигнуть хоть каких-нибудь серьезных боевых успехов. Несмотря на активные поисковые действия и многочисленные случаи атак подводных лодок, ни одной субмарины потоплено не было.
В 1943 г., с поступлением в ВВС флота новой авиатехники, МБР-2 постепенно стали уходить на вторые роли, постепенно принимая на себя задачи боевого обеспечения. Летающие лодки продолжали вести поиск немецких торпедных катеров, при этом предвечерний поиск «шнелльботов» в 50-мильной зоне района Геленджик — Феодосия был задачей МБР-2 18-й эскадрильи, а «амбарчики» 119-го мрап вели ночной поиск торпедных катеров в Керченском проливе. Эти меры несколько снизили активность противника, так как теперь немецкие торпедные катера, как правило, заблаговременно обнаруживались воздушной разведкой, что позволяло вовремя принимать необходимые контрмеры. Впрочем, бывало, что дело не ограничивалось только одной разведкой. 20 апреля 1943 г. МБР-2 из 119-го мрап при ночном налете на Анапу потопили итальянский торпедный катер MAS574 из 4-й флотилии MAS. 20 мая 1943 г. 10 Ил-2 из 8-го и 47-го штурмовых авиаполков, а также 14 МБР-2 из 119-го мрап атаковали немецкие торпедные катера в 100 милях западнее Туапсе. В результате атаки «шнелльботы» S49 и S72 получили повреждения и имели потери в экипажах.
В 1943 г. черноморцы единственными в морской авиации предприняли попытку использовать имевшиеся на флоте МБР-2ВУ по своему прямому назначению в реальной боевой обстановке. На Балтике от применения телеуправляемых торпедных катеров отказались, поскольку ВВС флота не могли обеспечить прикрытие МБР-2ВУ истребителями. В августе 1941 г. спецаппаратура была демонтирована, катера стали воевать как обычные.
