С выходом немецких войск к Севастополю основные силы ВВС ЧФ перебазировались на Таманский полуостров, а для обороны главной базы флота была организована 3-я Севастопольская авиагруппа, в которую вошли также 16-я и 64-я ОМРАЭ (26 МБР-2), базировавшиеся в бухтах Матюшенко и Голландия. Взлетая оттуда, МБРы по ночам бомбили передний край противника, наносили удары по железнодорожной ветке Сарабуз-Симферополь-Бахчисарай. Особое внимание уделялось вражеским аэродромам в Саках и Сарабузе, в первую очередь, базировавшимся на них торпедоносцам и бомбардировщикам, действовавшим на коммуникациях между Севастополем и Новороссийском.
МБР-2 работали по этим аэродромам почти постоянно, как правило, одиночно или парами, но иногда и большими группами до 20 машин. На цель они старались выходить с разных направлений через неравные интервалы времени. В апреле 1942 г. морская авиация нанесла ряд последовательных ударов по аэродрому в Саках. За 12 ночей, по данным разведки, на счет экипажей летающих лодок записали около 20 уничтоженных самолетов, при потере одного МБР-2 от зенитного огня. 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.
119-й МРАП и 82-я ОМРАЭ перебазировались в Геленджик еще в 1941 г., где в сжатые сроки была построена новая гидробаза с бетонированным спуском и маневренной площадкой. После проведения зимой- весной 1942 г. Керченско-Феодосийской десантной операции МБР-2 из 119-го полка базировались на временном гидроаэродроме на озере Тобичик в 25 км южнее Керчи.
Усиление активности немецкой торпедоносной и бомбардировочной авиации на 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 ДБ-3, Пе-2, СБ и МБР-2. Если бомбардировщики хотя бы теоретически могли прикрыть конвой от немецких атак, то слабовооруженные «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 во время набега 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. Усилить стрелковое вооружение МБР-2 не пытались, но некоторые летающие лодки оснастили пусковыми установками для реактивных снарядов.
