太平洋战争的进入到1943年，面对美国的强势反攻，为了保住关乎生存的荷属东印度群岛油气资源和统领东亚国家对抗西方势力的所谓领袖地位，日本被迫进入战略守势，试图建立一个从千岛群岛北部到吉尔伯特群岛、新几内亚和所罗门群岛，直至西部缅甸的防御屏障，这已经大大超出了日本的军事和经济承受能力，日本的国力严重透支。
在所罗门群岛，日本海军发起多次旨在摧毁美军前沿基地的航空作战都以损失大量宝贵的舰载机飞行员，战果极其有限的惨败而告终，日本海军的灵魂人物山本五十六海军大将亦殒命在此战期间，日军企图将美军阻滞于西南太平洋的努力化为乌有。1943年11月，美军在布干维尔岛登陆。同月，尼米兹在与麦克阿瑟在关于战略进攻方向的争论中获胜，美国海军展开中太平洋战役，决定绕过拉包尔占领吉尔伯特群岛的塔拉瓦和马金环礁，意图刺破日本在中太平洋的防御，兵峰直指日本本土。
在此背景下，侦查对方的战略战术企图也变得愈发重要，双方海军都投入了自己的新锐巡逻机型。日本海军部署了1941年刚刚试飞，性能更为强大的川西二式大艇H8K2（盟军代号“艾丽米”）。
在驻守所罗门群岛的九七式大艇遭受惨痛损失后，日本人终于意识到提升巡逻机防御性能的重要性：二式大艇的14个油箱都带有两层硫化橡胶间夹有天然软橡胶的40毫米厚的三明治式橡胶自封层用镀锌钢丝网加以固定贴合，每个油箱也都设有专用管路连接电气控制的二氧化碳气瓶，释放开关按钮在飞行员座椅后部的操作面板上，此外飞行员和机背炮顶塔炮手位置都装有20毫米钢板保护。
根据九七式大艇与美国陆军重型轰炸机的交战经验，二式大艇增加了重火力配置，在艇首炮塔，两侧腰部炮位，机背顶炮塔，机尾炮塔各装备1门99式MK.1 型20毫米机炮，其中艇首炮塔，机背炮塔和尾炮塔都是电力驱动炮塔，两侧腰部炮位为人力操作，顶炮塔备有10个45发20毫米炮弹的弹鼓，其余炮位备有5个弹鼓。另外还有5挺92式7.7毫米可移动机枪架设与机身各处开口的枪座上（机首2挺，机身3挺），每挺机枪备有12个100发弹匣。
4台带有水-甲醇喷注系统功率高达1850马力的三菱火星22型14缸发动机和3660加仑（18880升）的油箱容积赋予二式大艇456公里的最高时速和7120公里的最大航程，其速度甚至超过日本海航装备的新锐一式陆攻轰炸机，与美军陆军B-25轰炸机相当，逊于B-17和B-24轰炸机。

二式大艇还配备有3式对海搜索雷达（ASV），用于海面目标搜索。在人员舒适度方面，相比一向不重视人机工程的其他日本军机堪称豪华，机上为乘员配备了电气冰箱、冲水马桶和人员休息铺位。不夸张的说，二式大艇可以称的上是当时世界上装备最精良，速度最快的水上巡逻机。
美国海军在所罗门群岛与九七式大艇的交锋中，意识到老旧的30年代就开始服役的PBY，PB2Y, PBM等水上巡逻机在速度和火力上与日本巡逻机相比并不占优势，急需速度更快，火力更为强大的替换机种，而海军的新一代水上巡逻机波音PBB-1还在研发中，情急之下美国海军看上了陆军航空队的B-24轰炸机，希望陆军能够分拨部分B-24轰炸机给海军应急
最初陆军拒绝了海军的要求，经过谈判海军以停止研发生产PBB-1水上巡逻机并把原计划用于生产PBB-1的伦顿工厂交给陆军去生产B-29轰炸机作为交换，得到了从陆军轰炸机生产线中直接获取B-24D改装成海军远程巡逻机的许可，这就是PB4Y-1“解放者“巡逻机。
PB4Y-1装备4台功率为1250马力的惠普1830-62发动机，最高时速497公里，航程4760公里，装备10挺.50（12.7毫米）机枪，除了最初的PB4Y-1，机首造型特殊的厄科ERCO双联机枪炮塔成为PB4Y-1（PB4Y-2）的标志性特点，马丁A-3双联机枪塔位于驾驶舱后的背部，尾部则是联合飞机公司的A-6双联机枪塔，机腹装有可收缩的斯佩利A-13双联机枪塔，左右两侧腰部各有1挺.50机枪，同时配有AN/APS - 2F/G（ASV）对海搜索雷达。
但PB4Y-1“解放者”毕竟脱胎于陆军轰炸机，在PB4Y-1量产后，美国海军开始对PB4Y-1做针对性的设计优化：为了提高海上飞行性能将PB4Y-1改为单垂尾，同时配备了更强大的发动机，火力强度进一步提升，包括机首一个ERCO炮塔，两个马丁250CE顶炮塔，两个ERCO250TH-1腰部炮塔，一个联合250CH尾炮塔，每个炮塔具备有双联.50机枪，首炮塔备弹1200发，两个顶炮塔各备弹800发，两个腰部炮塔和尾炮塔各备弹1000发，备弹量与PB4Y-1相同，但是由于5个炮塔都是电动炮塔，火力效率更胜一筹，改装后的机型被命名为PB4Y-2“私掠船”,PB4Y-2服役时间较晚，于1944年3月进入驻提尼安岛的VBP-118巡逻机中队服役。42年末，日本海军把太平洋战区水上飞机部队整编为3个航空队，其中801空（原横浜空）以本土为基地，负责日本本土至塞班岛海域的巡逻任务。802空（原十四空）驻扎在特鲁克基地负责加罗林和马绍尔群岛海域巡逻任务。851空（原东港空）从拉包尔撤出，转进苏门答腊岛，负责印度洋和荷属东印度群岛地区，同时定期在菲律宾和马里亚纳群岛之间飞行巡逻。到1943年中期，三个飞行艇部队的主要装备是川西二式大艇H8K2，但每个部队很少有超过12架，802空还编有少量川西九七式H6K2 /4大艇。
不同于日军的水上巡逻机部队，美国海军的重型四发巡逻机起降必须依靠陆上机场，但随着美军的中太平洋“跳岛”攻势，越来越多的日占岛屿落入美军手中，而美军工程营的强大机械化建设能力可以迅速在这些岛屿上开辟出可供大型机降落的机场，从瓜达尔卡纳尔岛到阿德默勒尔蒂群岛，从马绍尔群岛到马里亚纳群岛，从哈马黑拉群岛到菲律宾，PB4Y巡逻机部队从一个岛屿机场前进到另一个岛屿机场，保持着高频率的巡逻飞行。这样的远程海上巡逻飞行对于确定日本舰队的位置、日本岛屿基地上的部队状况以及保护美国海军占领岛屿之间的联络运输都至关重要。在不影响主要侦察行动的情况下，巡逻机组被鼓励与飞行中遇到的任何敌方海空目标交战，并对跳岛战役中跨过的仍被日本人控制的岛屿进行轰炸。
而日本的飞行艇部队在战争初期秉承日本海军的传统，热衷主动攻击战术，九七式大艇部队频频对位于新几内亚和澳洲的盟军基地发动轰炸攻击（1942年3月日本海军甚至用刚装备不久的两架二式大艇通过中途由海军潜艇补充燃料的方式实施了超长程飞行对珍珠港发动了空袭，但因为恶劣天气，盲目扔下的几枚炸弹没有造成任何损害，虽然毫无战果但验证了二式大艇超强的远程飞行能力）。但进入到战略防守阶段，远程海上侦察对日本海军来说显得更为重要：为了保卫沿着防御屏障的遥远的前哨，日本海军必须知道美军可能在何时何地发动袭击。虽然他们能大致知道美国舰队可能穿越太平洋的西进路线，但确定其进攻部队的确切位置及其可能的前进目标是决定向何处移动有限的增援部队以提供最佳防御的关键因素。
由此，日美两国的远程巡逻机在太平洋战争中都扮演了关键角色，虽然双方几乎每天都派出巡逻机队，但在广袤的太平洋上空，各自驾驶着重型海上巡逻机的美日飞行员在数千公里的飞行中能撞见彼此的几率极低。而日本人一直不知道的是美国人已经破译了日本海军的JN-25密码（即使在中途岛战役后日本海军为JN-25设置了新的添码，但从沉没的日军潜艇出打捞出的添码本，让美国人一直能掌握日军的大量信息，联合舰队司令官山本五十六正是殒命于出行密电被破译）因而清楚的知道日军飞行艇部队的位置和兵力，甚至还知道日本人的飞行计划，这让双方有了在所罗门空域“邂逅”的机会，但在战争中后期，随着美军的凌厉攻势，日军节节败退，主动猎杀日军巡逻机已无必要，两国巡逻机的遭遇战大多出于在执行巡逻侦查任务中的偶遇。
1943年8月28日，美国海军VB-104巡逻机中队的一架PB4Y-1由约翰. 艾利中尉驾驶在巡航中遭遇到一架九七式大艇，这是PB4Y -1投入使用后首次与日军大艇偶遇。
当天，艾利中尉奉命在所罗门群岛的西北部以及瑙鲁岛外东北海域执行巡逻任务，中午刚过，天晴晴朗，他们的PB4Y已在返航途中，机组人员发现一架九七式大艇在PB4Y-1“解放者”左舷前方15英里处正从特鲁克飞往拉包尔，高度8000英尺，而PB4Y正飞在它的下方约5,000英尺的高度，艾利迅速收起机腹的斯佩利炮塔以降低阻力提高爬升速度，向九七式大艇接近。没有任何迹象表明这架不走运的九七大艇发现了正在接近的PB4Y-1，这得以让美国人飞到了距离目标只有500码的地方突然开火。莱姆.赖梦施一年前在PBY卡塔琳娜上执行任务时曾被九七式大艇猛烈攻击过，这次让他终于有了报复的机会，赖梦施操纵厄科炮塔的双联机枪猛烈扫射，瞬间就打爆了H6K的4号和3号引擎，这架大艇随即向右倾斜，PB4Y的顶部和左侧腰部炮手随即开火击中了另外两台引擎，短短7秒钟日本飞机的4个引擎都燃起了大伙，黑色的浓烟涌向机尾，随后失去控制在空中转着圈坠进了大海。（这架运输型九七式大艇H6K4-L可能隶属于驻特鲁克的11空）


直至接近1943年底，美国人都还未曾遭遇到过二式大艇，但美军情报部门知道日本人已经部署一种新的四引擎飞行艇，并为它起好了“艾米丽”的代号（九七式大艇代号“梅瑞斯”）。然而，他们并不知道“艾米丽”是九七式大艇的改进型还是一种全新型号。
1943年12月1日，答案揭晓，美国人终于邂逅“艾米丽”，VB-108中队的威廉.格雷厄姆中尉驾机在午夜前3小时从塔拉瓦东南部埃利斯群岛的莫科拉图岛努库费托机场起飞，他的任务是飞到基地西北950英里外的地方执行长程巡逻任务，当PB4Y-1在2000英尺的云层底部飞行并接近塔拉瓦以西350英里时，机组发现飞机前面远处有一架不明飞机，但随即进入了云层，机组报告丢失目标，但当他们爬升到5500英尺的高空时，重新看到了那架飞机，并展开了追击。他们追踪的正是日军新锐的川西二式大艇。格雷厄姆中尉在报告中指出“敌机毫无察觉，继续保持着它的航向和高度，我们飞到“艾米丽”下方200英尺的高度，从它的尾部方向进入直至500码距离然后用顶炮塔和机首炮塔同时开火。”
日本飞行员如梦初醒，操纵二式大艇向下方俯冲（向海面俯冲是日本飞行艇的标准规避动作，因为没有机腹炮塔，九七式大艇和二式大艇的机腹都极为脆弱，飞行员会尽力避免让敌机飞在下方位置）。当二式大艇俯冲到比PB4Y-1右舷稍高一点的位置时，它的尾部20毫米尾炮开始射击，PB4Y-1随即瞄准它的4号引擎还击并打燃了发动机，二式大艇立刻向右偏转，这时候两架飞机接近到200码，PB4Y的所有炮塔同时开火射击摧毁了敌机的尾部和顶部炮塔，击毙了炮手。此时，日机机身左侧射击孔突然打开，其内的20mm机炮猛烈射击，PB4Y驾驶舱被直接命中，格雷厄姆的双脚受伤，副驾驶拉尔夫·库克的左臂和右手受伤，无线电罗盘和水平仪也被摧毁，这门20毫米炮还击中了PB4Y右舷副翼，并在左襟翼和左舵上打了几个大洞。
在激烈的对射之后，PB4Y机组成员看到燃料从二式大艇的右舷机翼喷涌而出，但令他们惊讶的是，这架飞机没有像之前许多其他的日本飞机那样爆炸，它的4号发动机和右舷机翼燃起大火，2号发动机也在冒烟，却依然能带伤躲避到云中逃走，PB4Y机组人员没有看到敌机坠毁。库克接替格雷厄姆驾驶飞机，终于将受伤的PB4Y带回了努库费托西北的一个环礁——纳努默奥的机场。首次与二式大艇的遭遇，让美国飞行员注意到这种日本新型水上巡逻机非同寻常的生存能力。
1943年12月5日，另一架VB-108中队的PB4Y-1在巡航中于贾利特环礁附近发现一架在水面停泊状态的二式大艇，随后俯冲而下用两枚325磅深水炸弹摧毁了这架飞机，这也是美军击毁的第一架二式大艇。进入1944年，随着美军的攻势，各个PB4Y巡逻机中队也逐步西进。3月底，VB - 106中队从所罗门群岛的蒙达转移到新几内亚北部海岸的纳扎布，但该中队在纳扎布只停留了两个星期就前往洛斯内格罗斯岛的莫莫特机场。在这里VB-106中队每天进行五个搜索区的巡逻，航程约800英里。
4月17日，在例行巡逻中，埃弗雷特·米切尔中尉和他的机组在新几内亚西海岸以北约100英里处发现了一架九七式大艇正以每小时170英里的速度在6000英尺的高度向东北而行，而PB4Y-1以同样的速度飞在8000英尺高度逆向而行。米切尔立即转向开始追赶。当他距离日机不到5英里时，日本飞行员发现了正在靠近的PB4Y随即驾机开始向海面俯冲，同时将飞机向右偏转试图躲开全速驶来的美机。当PB4Y-1接近到目标上方200英尺时，美机机首炮塔炮手在300码的距离内开火，准确命中并打燃了3号发动机。
PB4Y随即掉头进行第二次掠袭，从目标右舷3点钟方向进入开火打中了九七大艇的中央机翼，白色烟雾从机翼的中央部分涌出。当PB4Y第三次折返时，从日机的左舷9点钟方向再次进入攻击。这一次，PB4Y腹部炮塔炮手扫射了飞行艇的整个顶部，几秒钟后，当未受保护的油箱被击中时，机翼中心部分发生了爆炸，九七式大艇在火焰中坠入海中，交战持续了四分钟。米切尔中尉提交的报告指出“这架日军水上飞机在面对PB4Y的强大火力表现的束手无策”，事实上在遭遇惨重损失后，日本人在1943年就把九七式大艇撤出了一线去执行辅助任务，二式大艇成为日军远程巡逻的主力。
1944年5月，美军占领了新几内亚西北部海岸外的瓦克德岛，并在岛上建造一个机场，以支援在马里亚纳和帕劳群岛的行动，五月底，VB - 115中队的7架PB4Y飞机入驻，开始向西哈马赫拉岛和菲律宾方向两个搜索区进行800英里例行远程巡逻。
1944年6月4日汉密尔顿·道斯中尉驾机从瓦克德岛机场出发，前往菲律宾方向进行巡逻飞行，飞行高度为8000英尺，接近中午的时候，机组人员发现一架一式陆攻G4M“贝蒂”轰炸机在他们下方飞行，然后消失在云层中。随后，一架二式大艇被发现在PB4Y正上方1000英尺处向西飞。当PB4Y开始爬升追赶后，日机开始加大马力逃离，令道斯惊讶的是，这艘二式大艇坚持直线飞行，而不是像刚才那架一式陆攻一样在云层中寻找掩护。飞行速度占优的PB4Y很快就赶了上来，从左后方接近并与日机平行飞行，PB4Y的所有炮塔对准日机的引擎、机翼根部和背部炮塔开始猛烈射击，二式大艇的一个引擎在.50机枪的集中火力扫射下从机翼脱落，其余三个引擎也开始冒烟。日机的顶炮塔在被击毁之前打出了4个长点射，但都没有击中PB4Y。
最后，在所有引擎都燃起起大火的情况下，日本飞行员成功地驾机在水上着陆，二式大艇随即慢慢下沉，PB4Y的机组成员看到七八个幸存者上了救生筏。当道斯中尉驾机离开时，发现最初那架躲进云层的一式陆攻正在接近二式大艇漂浮在海面机组，由于燃料不足，道斯中尉没有再进行攻击，而是返回了瓦克德岛，这架PB4Y在战斗中遭受的唯一损伤是机尾被7.7毫米机枪击穿了几个弹孔。
在6月15日至23日期间，恰逢美军实施“觅食者”行动(攻占塞班岛)，VB - 115中队将搜索区扩大到了1100英里。6月19日上午晚些时候，乔治·温特中尉在一次长程巡逻中，看到一架“艾米丽”在他们下方2000英尺的高度同方向飞行。这是驻扎在棉兰老岛达沃基地的第851空的二式大艇，当时正飞往雅浦或帕劳。温特驾驶PB4Y飞回云层，直到所有炮手都做好射击准备然后从云层中穿出开始向日机俯冲，时速高达334英里。当PB4Y从敌4点钟方向开始接近到日机1000英尺的距离上，机首炮手开火，机枪火力从敌机后机身一直扫射到驾驶舱。日机随即从其背部炮塔用20毫米机炮还击，但很快被机枪火力摧毁。
温特驾机掠过二式大艇然后做了一个“S”型转弯减速折返，在他转向过程中，机首炮手就开始向二式大艇左翼发动机开火，火力异常精准，日机1号和2号发动机都被击中着火。日本飞行员只好转向右舷规避，PB4Y从其头顶掠过，给了PB4Y右舷侧炮塔和尾部炮塔的一个很好开火的机会，二式大艇的4号发动机瞬间也被打着，日机开始旋转下降，最后撞击到海面爆炸。温特在报告中写道，“对日本二式大艇的软弱无效的还击感到惊讶。”
1944年7月2日，之前击落过1架二式大艇的VB - 115中队再次获得战绩。当时斯托顿·阿特伍德中尉和他的机组正在从800英里巡逻区的终点处返航。在10000英尺高空飞过积云时，副驾驶恩赛因.里根少尉看到一架“艾米丽”在9500英尺高空飞过5英里外的云层。阿特伍德全功率爬升开始接近它的左舷，里根少尉拍下了一张清楚的照片显示这架隶属于851空编号为51-085的二式大艇在正常飞行，对美机的接近毫无察觉，它的机身左舷机炮舱门紧紧关闭，尾炮和顶炮塔毫无反应，顶炮塔的炮管甚至指向美机来袭的反方向，让这张照片看起来像一架友机拍摄的标准宣传照片。
不得不佩服日军机组在这样危机四伏的战区还能有这种极其松懈慵懒的战斗状态，他们很快将为此付出生命的代价。PB4Y在第一次掠袭时所有的炮塔都得到了一次完美的射击机会，集火射击就让二式大艇的腰部，尾部和后部炮塔全毁，整个机身歪向一边，火焰和烟雾从上方受损的机身喷出。
这突如其来的一击把日军飞行员完全打懵了，居然忘了向下俯冲规避而是开始缓缓直线下降，阿特伍德将PB4Y转了一个圈再次折返回来，这次他收小油门，保持和敌机相同的速度，并排飞在已经毫无反击能力的二式大艇后机身四分之一处，使他的炮手在近距离内都能处于绝佳的射击位置，一阵猛烈的扫射之后，二式大艇突然扬起机头进入失速状态，日本飞行员试图恢复飞行姿态，但是飞机突然再次上升又一次进入失速状态，这一次二式大艇开始向海俯冲，随后主翼和水平尾翼在俯冲中脱落，最后猛烈撞击水面爆炸出一团巨大的烈焰和黑烟。 6park.com