Налет бомбардировщиков застал японцев врасплох, так как те предполагали, что для взлета бомбардировщиков американские авианосцы должны будут подойти к побережью на расстояние около 200 миль, то есть ожидали атаку позже. Бомбардировщики не были перехвачены истребителями над Японией, и только один из них сбили огнем зенитной артиллерии. Налет причинил японцам небольшие материальные разрушения, поэтому с военной точки зрения он был бесполезен. Однако американская пропаганда утверждала, что этот рейд имел большое моральное значение для поднятия духа американских солдат, а также заставил японцев перестроить структуру авиации ПВО для защиты Токио и других городов Японии от возможных налетов американской авиации. Дулиттл за этот рейд был представлен к медали и произведен сразу в бригадные генералы.
Охваченная эйфорией от рейда Дулиттла американская общественность не знала, что все участвовавшие в рейде бомбардировщики, за исключением одного, были потеряны, так как запасов топлива не хватило, чтобы дотянуть до не занятых японцами районов Китая. Экипажи или покидали самолет, выпрыгнув с парашютом, или совершали аварийную посадку с повреждением машины. Из 75 человек экипажей этих самолетов 5 человек погибли, а 10 были захвачены в плен японцами. Пленные были впоследствии обвинены японскими властями в бомбардировке гражданских объектов, троих из них казнили, а один летчик умер в тюрьме. Часть летчиков, включая Дулиттла, сумела выйти из районов, занятых японцами. Однако рейд стал причиной проведения японцами карательной акции в Китае, в результате которой было уничтожено около 250 тысяч китайцев. Что касается уцелевшего американского бомбардировщика (№ 02242), то он, отбомбившись, свернул с запланированного курса в сторону территории Советского Союза и благополучно приземлился на дальневосточном аэродроме Унаши.
Об этом инциденте с самолетом 23 апреля 1942 г. советское руководство через американского посла адмирала Стэндли официально сообщило президенту США. Дальнейшая судьба самолета и его экипажа сложилась таким образом. В-25В изучался летчиками ВВС Тихоокеанского флота и облетывался ими. Из Унашей, где он сел, его перегнали сначала на аэродром Семеновка, а затем, по приказу, в Москву, в 65-й авиаполк особого назначения.
Американский экипаж самолета – командир майор Эдвард Йорк, второй пилот лейтенант Роберт Эмменс, штурман-бомбардир лейтенант Нормам Херндон, бортинженер сержант Теодор Лабэн и воздушный стрелок сержант Дэвид Пол – сначала перевезли в город Оханск Молотовской (ныне Пермская) области, где они жили несколько месяцев. Затем их перевели в Ташкент, а оттуда в Ашхабад, там они некоторое время обслуживали американские самолеты, поступавшие в СССР по ленд-лизу. Летом 1943 г. американский экипаж переправили в Иран, где в ту пору наряду с советскими частями находились военные контингенты США и Великобритании. Оттуда летчики кружным путем через страны Ближнего Востока, Африки и Латинской Америки вернулись на родину в США. Их, как национальных героев, принимал в Белом доме президент и Верховный главнокомандующий Ф. Рузвельт.
Когда Великая Отечественная война подошла к концу, в строю ВВС находились 497 «Митчеллов». В августе 1945 г. эти машины применялись в боевых действиях против Японии. На Курилах использовались и несколько самолетов, полученных неофициальным путем в 1943–1945 гг. Первые четыре из них сели на аэродроме Елизово под Петропавловском после налета американской авиации на Парамушир 11 сентября 1943 г., все эти машины принадлежали 77-й эскадрилье ВВС армии США. Еще один бомбардировщик добавился через год, 17 сентября 1944 г. Всего на Камчатке приземлились 12 самолетов В-25. Последний из них, B-25J Р. Уолбринка, сильно поврежденный японскими зенитчиками, совершил вынужденную посадку на брюхо 10 июня 1945 г. Несколько самолетов удалось отремонтировать и поставить в строй 128-й смешанной дивизии. На 27 августа там имелось пять В-25, из них четыре – в 903-м бомбардировочном полку. Все они были разных модификаций – С, D, G, и J. Их использовали как учебные, для подготовки к получению американских бомбардировщиков А-20, а также для различных вспомогательных целей.
Характеристики B-25D: экипаж – 5 человек, силовая установка – 2 х Wright R-2600-13 мощностью по 1700 л. е., размах крыла – 20,6 м и его площадь – 56,67 м2
, длина – 16,12 м, высота – 4,82 м, вес пустого – 9208 кг, взлетный вес – 15 880 кг, максимальная скорость – 457 км/ч, дальность – 2414 км, практический потолок – 6452 м, вооружение – 6 пулеметов калибра 12,7 мм и 1360 кг бомб.ОС-З/Ли-2