Ne sont pas mentionnées des versions mineures désignant des B-29 adaptés en petit nombre à des missions annexes ou utilisés pour des essais.
Nombre total d'avions construits : environ 3 970.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, les B-29 furent uniquement engagés en théâtre d'opération d'Asie-Pacifique, car ils étaient alors les seuls bombardiers à pouvoir atteindre le Japon. Les premières unités ne furent cependant pas opérationnelles avant avril 1944, en raison du délai nécessaire pour former les équipages et corriger des problèmes de jeunesse sur l'avion.
Les B-29 furent d'abord déployés à l'Est de l'Inde et à l'Ouest de la Chine, dans le cadre de l'opération Matterhorn (juin 1944 - janvier 1945) qui prévoyait des bombardements à longue distance du Japon. Cependant, le coût logistique de ces opérations était très élevé, leur résultat peu satisfaisant, et les pertes nombreuses notamment à cause des problèmes de surchauffe des moteurs. Environ 150 B-29 furent perdus lors de ces missions.
La reprise des îles Mariannes permis de redéployer les B-29 dans de meilleures conditions, c’est-à-dire plus près du Japon et dans un endroit facilement ravitaillable par bateau. Les raids sur le Japon commencèrent en novembre 1944 mais ne furent dans un premier temps pas plus concluants que lors de l'opération Matterhorn, en particulier, les problèmes de moteurs obligeaient à chaque fois près d'un quart des B-29 à rebrousser chemin avant d'avoir atteint l'objectif. Diverses mesures furent alors prises pour améliorer la disponibilité des avions et les alléger.
De plus, un changement complet de stratégie d'utilisation eu lieu en mars 1945 sous l'impulsion du général Curtis LeMay : au lieu de bombarder de jour à haute altitude, afin d'éviter la défense anti-aérienne japonaise, il ordonna de larguer des bombes incendiaires de nuit à basse altitude sur les villes nippones. L'idée était que les bombes ne subiraient alors plus l'effet du courant-jet qui leur faisait manquer leurs cibles, et feraient des ravages sur les habitations construites en grande partie en bois pour des raisons sismiques. Ces raids massifs (au minimum une centaine d'avions) réduisirent peu à peu en cendres les principales villes du Japon. D'autres missions ponctuelles furent également menées, par exemple, pour larguer des mines sur les ports japonais : le résultat de ces largages furent tels que les B-29 sont crédités de la destruction de 9% des bateaux japonais coulés pendant la guerre. Au total, plus de 350 appareils furent perdus lors des opérations depuis les îles Mariannes, soit à cause des chasseurs japonais (en nombre de plus en plus réduit cependant) soit à cause des batteries anti-aériennes (plus efficaces contre les avions à basse altitude).
Enfin et surtout, le B-29 restera dans l'histoire comme l'auteur des bombardements atomiques d'Hiroshima et Nagasaki. Après l'arrêt des combats, les B-29 furent utilisés de façon bien plus pacifique, pour larguer des vêtements et des vivres aux prisonniers alliés encore dans les camps japonais en Chine.
Les B-29 qui furent, après guerre, intégrés dans le Strategic Air Command reprirent du service pendant toute la durée de la guerre de Corée, réalisant de très nombreuses missions de bombardement. À partir de 1951, ces missions devinrent plus dangereuses à cause de l'apparition des MIG-15. Au total, 34 appareils furent perdus, dont 16 abattus par les chasseurs adverses.
Le 1er novembre 1954, les derniers B-29 furent retirés des unités de bombardement.