L'A-26 entre en service assez tard dans la guerre. En effet, en raison du manque de moyens de production, en particulier de machine-outils, sa fabrication prend du retard. Ainsi, en mars 1944, seuls 21 appareils sont prêts.
Il faut attendre le 6 septembre 1944 et un raid de 18 A-26 du 386th BG de la 9th USAAF sur Brest pour assister à la première sortie opérationnelle de l'Invader au cours de la Seconde Guerre mondiale.
L'A-26 a été utilisé par l'USAAF sur tous les théâtres d'opération de la Seconde Guerre mondiale, aussi bien dans le Pacifique qu'en Europe.
De par ses caractéristiques, l'A-26 est l'appareil par excellence des forces tactiques. Aussi, en Europe, on le retrouve dans la 9th USAAF sur l'ETO et dans la 12th USAAF sur le MTO.
Dans le Pacifique, il sert au sein des 5th USAAF et 7th USAAF.
En Europe, le A-26 effectue sa dernière mission le 3 mai 1945 en participant au bombardement d'une usine en Tchécoslovaquie. Dans le Pacifique, il effectue sa dernière sortie le 12 août 1945.
Avec la fin de la guerre, la fabrication cesse et les contrats sont annulés. De fait, l'A-26 Invader n'a été produit qu'à 2 450 exemplaires.
Il fut le premier appareil américain à intervenir pendant la Guerre de Corée.
A partir de 1951, sur l'impulsion du général de Lattre, environ 110 appareils furent aussi utilisés par l'armée de l'air française pendant la guerre d'Indochine au sein des groupes de bombardement et de reconnaissance (GB 1/19 Gascogne, ERP 2/19 Armagnac, GB 1/25 Tunisie et GB 1/91 Bourgogne).
Ils opéraient la plupart du temps en soutien des forces au sol, notamment pendant le siège de Dien Bien Phu, durant lequel 7 Invaders furent détruits par la DCA du Vietminh.
Les Invader survivants de la guerre d'Indochine furent encore utilisés par l'armée de l'air française en Algérie. Les combattants rebelles du FLN (fellagah) craignaient cet appareil rapide et à l'armement meurtrier autant que les (rares) avions à réaction utilisés dans ce conflit : « Si le B-26, le Mistral et en général tous les avions à réaction (…) sont considérés comme dangereux, c’est uniquement en raison de la soudaineté de leur arrivée et du fait qu’ils ne cerclent pas autour de leur objectif avant d’attaquer. »
Il reprit également du service dans le Sud-est Asiatique entre les mains des Americains et plus exactement de la CIA. En 1960, des B-26 opérant à partir de Thailande et sans marquages appuyèrent des opérations pour le compte du Royaume du Laos.
Pendant la guerre du Viet-Nam, les premiers aviateurs américains de l'USAF arrivèrent au Sud-Vietnam en 1961-1962. Ils y assurèrent des missions officiellement de "conseillers militaires". Dans la pratique, ils formèrent des unités appelées "Air Commandos" qui furent immédiatement engagés dans une opération baptisée "Farm Gate" afin d’éradiquer les rebelles Viêt-Cong. Ils ne disposaient que d’un matériel issu de la Seconde guerre mondiale, essentiellement des B-26 Invader. Opérant sous les couleurs sud-vietnamiennes mais avec des équipages américains, les B-26 se montrèrent d’une assez grande efficacité. Cependant les Américains ne furent pas en mesure de reproduire l’emploi intensif que les Français avaient fait de cet appareil puissant entre 1951 et 1953, car ces avions ne restèrent en fait qu’assez peu de temps au Vietnam. La perte d’un de ces appareils avec tout son équipage, due à un problème de fatigue de la structure ailaire, mit un terme à la carrière de ces machines en Asie du Sud-Est au cours de l’année 1964. Ils furent remplacés au combat par le Martin B-57 Canberra à réaction.