У жовтні 1933 року ВМС США розмістили у Consolidated та Douglas замовлення на прототипи нових машин. Прототип, побудований Consolidated, що отримав позначення XP3Y-1, став човном, побудованим у найбільшій кількості екземплярів. Внутрішнє позначення, присвоєне конструкції фірмою - Consolidated 28. Літак, як і його попередник - P2Y, мав високорозташовану систему крила. Однак у новій конструкції використовується система внутрішніх кривизн жорсткості, через що крило виглядає як вільнонесуча конструкція. Єдиним винятком були дві невеликі профільовані опори по обидва боки літака між фюзеляжем і центропланом. В результаті версія 28 була позбавлена джерел додаткового аеродинамічного опору, створюваного в ранніх конструкціях підкосами і ременями жорсткості, що було причиною нижчих льотних параметрів. Ще одним аеродинамічним нововведенням, що обмежує лобовий опір, стало використання стабілізуючих поплавців, що складалися під час польоту, утворюючи профільовану закінчування крила. Корпус з двома реданами був дуже схожий на такий у P2Y, але у варіанті 28 мав обтічний хрестоподібний самонесуче оперення. Прототип оснащений двома двигунами Pratt-Whitney R-1830-54 Twin Wasp потужністю 836 к.с., встановленими на передній кромці крила. Озброєння складалося з чотирьох 7,62-мм кулеметів та бомбового навантаження до 907 кг. Перший політ відбувся 28 березня 1935 р., після чого XP3Y-1 оперативно передали ВМС США для експлуатаційної оцінки. Випробування підтвердили значну перевагу P3Y-1 перед патрульними літальними апаратами, що використовувалися досі. Велика дальність польоту та покращені характеристики при зльоті з аеродромів наземного базування призвели до того, що ВМС США висловили зацікавленість у подальшому розвитку конструкції для того, щоб її можна було використовувати як патрульний бомбардувальник. Тож у жовтні 1935 року досвідчений зразок повернувся на головний завод для продовження з нього будівельних робіт. Вони включали в т.ч. розробка нових двигунів Р-1830-64 потужністю 912 л. Також було введено перероблене вертикальне оперення, і 19 травня 1936 року було піднято в повітря новий прототип, що отримав позначення XPBY-1, а невдовзі серійний PBY-1 почав поставлятися ВМС США. Після незначних доробок замовлені в липні 1936 р. літаки отримали позначення ПБЯ-2, а наступні ПБЯ-3 та ПБЯ-4 були оснащені двигунами Р-1830-66 (1014КМ) та Р-1830-72 (1065КМ). відповідно. У квітні 1939 року остання з машин PBY-4 була повернута на заводи-виробники для встановлення колісного шасі. Таке оснащення робило літак амфібійним, розширюючи можливості його застосування. Цей зразок, що вийшов із заводу у листопаді 1939 року після завершення модифікації, отримав позначення XPBY-5A. Випробувальні польоти підтвердили перевагу цієї версії над попередньою. Тому літаки, замовлені ВМС США як PBY-5, були обладнані як амфібії відповідно до стандарту PBY-5A. Інтенсивна експлуатація призвела до думки, що літак міг би значно покращити характеристики за рахунок переробки фюзеляжу. Необхідні випробування та конструкторські роботи були проведені Заводом морської авіації, і наступна остання серійна версія Catalina вже називалася PBY-6A. Технічні дані (версія PBY-5A): довжина: 19,46 м, розмах крила: 31,7 м, висота: 6,15 м, максимальна швидкість: 314 км/год, підйомність: 5,1 м/с, практична стеля : 4000 м, дальність максимальна: 4050 км , озброєння: стаціонарне - 3 кулемети калібру 7,62 мм і 2 кулемети калібру 12,7 мм, підвісне - до 1814 кг бомб.
