1939年4月11日，NA-40B在一次发动机停车测试中失去控制坠毁在莱特机场附近，机组侥幸逃生，未受重伤，但NA-40B毁于大火。尽管这次事故并不是NA-40B基本设计的问题，陆航还是不准备量产该机。尽管NA-40没有使北美获得陆军轻攻击轰炸机的订单，但却让该公司在另一场竞争中有所收获。

1939年3月11日，美国陆航颁布了第39-640号通函提案，要求设计一种中型轰炸机，能挂载1360千克炸弹飞行3220千米，最大速度不低于483千米/小时。并列出了普惠R-2800、莱特R-2600、莱特R-3350三种发动机供选择。陆航广泛邀请厂家提交方案，其中北美由副总裁兼总工李·阿特伍德负责这个中型轰炸机项目，方案编号为NA-62，在设计上大量借鉴的NA-40B的特点，保留了后者基本的气动布局。但NA-62的尺寸要大一些，其翼面积比NA-40有所增加，为了满足载弹量的要求，NA-62加宽了机身，所以NA-40突起的串列座舱也被并列座舱取代，此外该机还在飞行甲板下方为投弹手准备了通向机鼻的通道。NA-62的机翼也从NA-40的上单翼变成中单翼布局，具有3度连续上反角。莱特“旋风”的发动机舱向后延伸，超过的机翼后缘，主起落架向后收入发动机舱。

1939年8月10日，陆航对北美的方案表示认可，授予该公司一份184架NA-62的生产合同，编号B-25。

1939年9月10日，合同通过了最终批准，同时竞争对手马丁的Model 179也获得了201架B-26的生产合同。由于是“绘图板订单”，所以就不存在XB-25原型机。

1939年11月9日，B-25全尺寸模型通过验收，1940年初夏第一架B-25，编号40-2165完成组装。

1940年8月19日，B-25由试飞员是万斯·布里斯首飞，两架早期的B-25被移交给莱特机场试飞，而北美保留了第一架B-25。北美随后又制造了8架具有连续机翼上反角的B-25，但是莱特机场的试飞表明这种设计导致了一些方向稳定性问题，为此北美取消了发动机外侧机翼的上反角，修改后的机翼有些类似于海鸥翼，解决了稳定性问题。一些资料显示第10架B-25开始采用新机翼，并且被日后所有的B-25派生型所继承。李·阿特伍德为了纪念“比利”米切尔将军，提议以他的名字来命名B-25，并获得陆航同意。

1941年2月，美国陆军接收了第一架B-25，华盛顿州麦科德机场的第17轰炸大队首先装备B-25，共装备了19架。沙努特和洛瑞机场各获得一架B-25，北美自己保留了两架用于测试，总产量为25架。第一架B-25在结束试飞后被北美改装成公司自用运输机，拆除了所有军用设备并在机舱内安装了7张座椅，弹舱也被改装成行李舱，在弹舱上方的爬行通道中增加了一个铺位，此外还在机身两侧开设舷窗，花房式机鼻也被封住。1945年1月8日该机在一次例行检查飞行时迫降，乘员安然无恙但飞机已经无法维修。

1943年，B-25轰炸机（40-2168）被改装成阿诺德将军的个人专机，该机是9架连续上反角的B-25之一，为此需要把外翼段改装为0度上反，其他方面的改装与40-2165相同。战后该机作为剩余物资在民用市场出售，先后换过多任主人，其中就有霍华德·休斯。该机还保持着适航状态，注册号N2825B。

B-25轰炸机像其他二战中的美国轰炸机一样，其发展也是遵循着更多武器、更多装甲、安装自封油箱这条路线来发展的，因此造成了飞机越来越重。发动机最终不堪重负，导致性能受到影响。机鼻火力不足，机炮舱设计不合理，就像发生在其他轰炸机身上的问题一样，都考验着B-25的设计师。B-25A配备了飞行员座舱装甲和自封油箱。B-25B安装了不实用的广遭批评的Bendix腹部机枪舱。

B-25轰炸机采用单翼；可收放的前三点起落架；被整流罩严密包裹的双联装星形发动机；背部和尾部炮塔；双尾翼。B-25A为乘员提供了装甲防护，给正副飞行员、投弹手座椅，以及机枪手座舱都安装了厚度0.95厘米的装甲板。此外飞机还配备的自封闭油箱，使载油量从3452升下降到2627升，所以飞机在转场时需要在弹舱内安装一个1582升的副油箱。B-25A的重量有所增加，导致性能的些许下降。

B-25轰炸机J型，采用两台怀特公司R-2600-29风冷双排柴油发动机，为14缸组成，单台发动机起飞功率为1700马力。飞机发动机螺旋桨为三叶。发动机的机油冷却器安装在机翼控制台上（进气-在机翼前缘，排气-向上）。B-25轰炸机的主油箱（容量各位621升和572升）位于机翼中心部分的根部，其他辅助油箱位于发动机短舱后部（各两个容量575升）。

B-25B轰炸机是北美航空公司英格伍德生产线从第65架开始转产的B-25B（NA-62B），该机与A型的不同之处是根据欧洲的空战报告而加强了自卫火力。B-25B外观上的最明显不同是在后机身机背安装一座本迪克斯L型动力炮塔，内置两挺12.7毫米机枪。此外在机腹还安装了一座同样内置两挺12.7毫米机枪的本迪克斯遥控炮塔，在不用时炮塔可以收入机腹，收纳状态下机枪枪管可放入机腹开槽。B-25B的自卫武器在其他方面改动不大，取消了B-25/B-25A的腰部7.62毫米机动机枪，减小了腰部两侧窗口的尺寸。机鼻投弹手仍操作一挺12.7毫米机枪，取消了尾部的12.7毫米机枪，并缩小了尾部卧舱尺寸，成为一个尾部的卧姿观察舱，在最末端安装了一个透明帽，此外还取消了尾部装甲。B-25B的机组还是5人，分别是正副飞行员、投弹手/机鼻机枪手、导航员/背部炮塔机枪手、无线电操作员/腹部炮塔机枪手。B-25B的长度从B-25A的16.49米减小到16.13米，因为加装了炮塔，空重增加到9072千克，总重增加到12909千克，使性能进一步降低，最大速度在4570米降到了483千米/小时。

1941年8月美国陆航接收了首批14架B-25B，到1941年12月7日的珍珠港事件时，北美已经交付了130架轰炸机。随着1942年7月最后一批120架B-25B的交付，北美完成了第一份184架NA-62的合同。

B-25C与B-25D轰炸机是以生产的工厂所在地区分的。从1941年12月到1943年5月间，北美航空公司制造了1619架B-25C轰炸机，这是第一种大批量生产的型号。“C”型的武备和性能与“B”型相仿。改进了化油器，机舱加热器，更大的可抛弃油箱，翼下炸弹挂架。在武器装备方面，机鼻单挺0.30英寸口径机枪改成两挺0.50英寸机枪，一门在舱顶，一门位于机身右侧。

B-25D实际上同”C”型相同，由政府拥有的位于堪萨斯的工厂制造，共制造了2290架。

B-25G轰炸机拥有一门75毫米口径的机炮，是有史以来飞机中使用的口径最大的火炮。在加利福尼亚秘密试验之后，工程师最终将这个想法付诸实现，但是B-25G并不是非常成功。飞机可以携带21发炮弹，让这门大炮对准目标可是件困难的事，并且还需要一段很长的“进入攻击航线”。并且当飞机进入攻击航线后，很容易遭到攻击并且只能进行4轮攻击。

B-25H轰炸机是一种更加成功的装备75毫米机炮的B-25G，B-25H型拥有14挺机枪和一门更轻的75毫米机炮。为了安装这些武器，拆除了副驾驶的座位。北美共生产了1000架B-25H。

B-25J轰炸机共生产了4318架B-25J（所有飞机都是1943年12月到1945年8月间，在堪萨斯生产），是B-25系列中生产数量最多的一种型号。不装机炮，但是拥有18挺机枪（大部分“J”型），使之成为一种令人畏惧的攻击机。1944年中，位于地中海和太平洋的轰炸大队首先得到了B-25J。

美国军方经过内部复杂的协调后，美国海军（还有海军陆战队）得到一些B-24解放者和B-25米切尔型轰炸机用来巡逻和反潜工作。有706架B-25在海军服役；几乎所有的PBJ-1都在海军轰炸大队。从1944年3月开始，其中7个大队在南太平洋作战。

B-25轰炸机在二战中被应用于吉米·杜立特（Jimmy Doolittle）策划的对日本本土的轰炸。任务名称为空袭东京，原本计划由24架B-25飞机编队进行，但由于“大黄蜂”号航空母舰无法装下24架B-25，最后确定为由16架B-25完成任务。1942年4月1日，飞机及机组人员登上航空母舰。次日由加利福尼亚出发。但是4月18日在距离日本约1300公里海域处，被日本巡逻艇发现，航空母舰不能继续前行，杜立特决定提前起飞。8时18分，杜立特第一个起飞并成功，跑道还剩下约30米没用上。剩下15架B-25也在9时21分前陆续成功起飞。他们采取单机跟进的纵队，于12时30分飞临日本上空并投掷炸弹，之后飞向中国，但因提早起飞，有部分B-25燃料耗尽坠毁没能到达中国的机场。

B-25轰炸机在太平洋中战争有许多出色表现，战争中期，B-25参与使用了类似鱼雷攻击的“跳跃”投弹技术。飞机在低高度将炸弹投放到水面上，而后炸弹在水面上跳跃着飞向敌舰，这提高了投弹的命中率，并且经常炸弹在敌舰吃水线以下爆炸，杀伤力增大。

另外，整个太平洋战争中，为适应战事的需要，B-25进行着不断的改装。例如，1943年，在两栖支援任务中，美军发现飞机的扫射比投弹能够更有效地消灭敌人的有生力量，所以对B-25的机炮进行了加强和改装，改装的最终结果竟然在B-25G型机头上加装了75毫米的M4谢尔曼的主炮，这是二战实战中飞机上的最大口径的火炮。在1943年的新不列颠和俾斯麦海等的战役中，这种75毫米火炮对付运输船和登陆艇等移动迅速的小型船只非常有效。实际上直至战后AC130上的105毫米榴弹炮的出现才超过了B-25G的记录。但1944年时，M4火炮已找不到什么合适的目标，北美就拆掉了可移动的机头而改装成二战结束时的最终型号B-25J，主要用于完成其轰炸任务，但其各个方向上仍装有18挺0.5英寸的机枪。从B-25改装的情况就可以对其广泛的用途窥见一斑。

抗日战争期间，中国国民党空军共计获得约100架B-25轰炸机C/D型和131架B-25轰炸机G、H/J型（含中美混合联队），战损约30架。其中，1943年6月起，开始获得B-25C/D，主要配属中美混合联队第1大队第1～第4中队，每队各10架。最初得到装备的是第2中队，在印度完成训练后于1943年使用B-25D先行投入常德会战，当时涂装还是美国陆航样式，只是将美国机徽涂去换成中国国民党空军标志。1944年初，第1大队开始换装B-25H，随后于5~6月间获得G型，秋季又换装J型。按照分工，C/D和J型主要用于对地面目标轰炸，G/H主要用于东南沿海和南海巡逻攻击日军海上舰船。

抗日战争胜利前，中国国民党空军选派第2大队前往美国受训，拟再接收1个大队的B-25，训练期间抗日战争结束，该队转训C-46运输机，后改编为空运部队。

抗日战争胜利后，所有B-25全数编入国民党空军第1、第2大队，最多时达到64架，后接收50余架美国军方遗留的B-25，将数架由B-25D改的F-10侦察机交第12中队使用；将2架B-25D改为国民党空军正、副司令官专机，归空运第10大队管理。

1943年起8月起，中国国民党空军以租借法案方式获得的B-25开始加入中国战场，接替日趋老化的SB-2，成为中国战场的战术打击任务主力；换装此型机的部队为中美混合团第一大队与中华民国空军第二大队，早期使用的机种为B-25C/D型，抗战后期才陆续补充B-25J型。

1943年11月25日中美空军轰炸台湾新竹机场也有B-25参与。

1948年辽沈战役后，中国人民解放军第一次缴获2架该机，后加上起义归来和各地缴获，经维修可用者5架，均为B-25J型。

1949年5月4日，国民党空军B-24M轰炸机偷袭北平南苑机场，被毁2架，余下3架编入同年3月在东北组成的“战斗飞行大队”第1中队和同年8月15日在北平组成的“战斗飞行大队”。

1949年4月7日，国民党空军第1大队3中队中尉飞行员梁惠福、汉口警备区少尉排长黄琪玲和小学教员王亚蒙，趁着着黎明前警诫松懈混入机场，驾驶1架美制B-25轰炸机从汉口机场强行起飞，降落在郑州机场。

1951年3月27日，国民党空军第10大队专机组少校飞行员戴自谨、机械师史殿文，在台北上空劫持1架B-25轰炸机，安全降落在上海江湾机场。

1954年2月19日，国民党空军第1大队上尉参谋黄铁骏、射击军械士刘铭三驾驶1架B-25轰炸机从台湾新竹机场起飞，因燃料耗尽在浙江三门迫降。

英国空军凭借租借法案，从美国获得B-25轰炸机成为的早期用户，从英国本土出动B-25轰炸欧洲大陆，而美国陆军航空兵则采用B-26轰炸机。

1941年8月英国空军接收了首批23架B-25B轰炸机，命名为“米切尔I”，装备了驻巴哈马的第111作战训练部队。该批飞机用于训练和熟悉装备，没有参与实战。

B-25轰炸机机第一次在俾斯麦海战中出现，给日本运兵船上的士兵造成很大的杀伤。

B-25轰炸机主要由美国空军配备，美国海军也配备相当数量的B-25轰炸机，以对付太平洋上的日本。通过租借法案，英国皇家空军、苏联空军、澳大利亚、荷兰等地也有为数不少的美国B-25轰炸机。B-25轰炸机综合性能良好、出勤率高而且用途广泛。由于它在二战争中参加了空袭东京的战斗，出色地完成了任务，成为全世界的明星轰炸机。（环球网 评）