Первый полет самолета состоялся 19 августа 1940 г. В-25 ранних выпусков имели обычную «V» - образную конструкцию крыла, однако вследствие неустойчивхти самолета крыло изменили. Бомбардировщики «Митчелл» получили характерное крыло типа «чайка». В 1941 г. начались поставки самолетов В-25А в 17-ю бомбардировочную группу. Затем выпустили 120 В-25В с усиленным оборонительным вооружением: в состав ВВС Великобритании этот самолет вошел под обозначением «Митчелл» Mk I. Именно на бомбардировщиках В-25В подразделение подполковника Джеймса Г. Дулиттла, взлетев в апреле 1942 г. с палубы авианосца «Хорнет», совершило налет на Токио.

Варианты В-25С и B-25D с увеличенным весом и дополнительным запасом топлива производились в Инглвуде, штат Калифорния (всего построено 1619 самолетов) и в Далласе, штат Техас (2290). На B-25G установили стандартную армейскую пушку калибра 75 мм, выпустив в такой модификации 405 самолетов. Данный вариант бомбардировщика уступал по вооружению В-25Н, который имел 75-мм пушку Т-13Е1, а также 14 крупнокалиберных пулеметов. Наиболее массовым вариантом самолета стал B-25J с типичной для бомбардировщиков конструкцией носовой части самолета и сохраненными четырьмя пулеметами по бокам фюзеляжа. В последние месяцы войны, когда бомбардировщики действовали на малых высотах и в условиях слабого сопротивления со стороны истребителей противника, бомбовые прицелы сняли, а восемь пулеметов перенесли в носовую часть фюзеляжа, дополнив их восемью 127-мм реактивными снарядами под крылом.

Характеристики B-25J «Митчелл»
Экипаж: 6 человек;
Двигатели: звездообразные Райт R-2600-92, 2 х 1700 л.с.;
Макс. скорость на высоте 3960 м: 438 км/ч;
Время набора высоты 4570 м: 17,5 мин;
Практический потолок: 7375 м;
Дальность: 2173 км;
Вес: пустого - 8836 кг; макс. взлетный - 15876 кг;
Размеры: размах крыла - 20,60 м; длина - 16,13 м; высота - 4,98 м; площадь крыла - 56,67 м2;
Вооружение: 12 x 12,7-мм пулеметов, 1360 кг бомб.