B-25之父阿特伍德
北美副总裁兼总工李·阿特伍德负责这个中型轰炸机项目。北美方案编号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，在速度、航程和载弹量也更胜一筹。NA-62的翼面积比NA-40增加了0.93平方米，机身长了1.83米，总重量达到12700千克，而NA-40B只有9072千克。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。翼根翼型为NACA 23017，到翼尖过渡为NACA 4409-R，并且翼尖下表面轻微向上弯曲以改善失速特性。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。
NA-62风洞模型
NA-62仍为5人制机组——正副飞行员、投弹手、导航员/无线电操作员、机枪手。导航员座位在飞行甲板后面。
该机的自卫武器为4挺活动机枪，一挺7.62毫米机枪安装在机鼻三个球座（机鼻正中和两侧各一个）中的任意一个，另一挺7.62毫米机枪安装在机背的透明射击窗口，第三挺7.62毫米机枪可安装在腰部射击窗口或地板射击孔，最后尾部末端的还有一挺12.7毫米机枪，安装在尾部流线型透明卧舱内。尾部机枪手呈卧姿进行射击，透明卧舱盖上有翻盖门，可向一侧开启以放进机枪。该机最大可挂载1633千克炸弹。
在9月10日截至日期前北美提交了NA-62方案，赶上了中型轰炸机竞争。陆航对北美的方案颇为欣赏，于是在1939年8月10日授予该公司一份184架NA-62的生产合同，编号B-25，9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 B-26的生产合同。由于是“绘图板订单”，所以也就不存在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 40-2165完成组装，1940年8月19日首飞，试飞员是万斯·布里斯，飞行工程师罗伊·费伦坐在副驾驶座位。
首架B-25 40-2165
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，其中包括了“荷兰滚”现象（飞机滚转时纵轴摇摆），以及在使用方向舵转弯时飞机会侧倾，这是军方无法接受的，因为在进入轰炸航线后，用方向舵修正航向时飞机必须保持水平状态，否则炸弹会投偏。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。
“海鸥翼”成为日后B-25的标配
几架早期B-25试验了多种外形的垂尾。最初B-25的垂尾直接放大自NA-40B，只是外形更方。第二第三种是相当难看的矩形垂尾。在进行了试飞后，又试验了扁三角形垂尾，最后才确定下了前缘后掠的梯形垂尾。
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-25，陆航爽快地答应了。
“比利”米切尔
B-25总产量为25架，1941年2月陆军接收了第一架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。
第一架B-25（40-2165）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 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。现在该机还保持着适航状态，注册号N2825B。
幸存至今的B-25 40-2168
战争改装
1941年美国陆航根据来自欧洲战场的空战报告，对B-25进行了修改并导致B-25A的出现。北美英格伍德生产线在生产了25架B-25后开始转产B-25A。
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和B-25A的机枪布置
麦科德机场的第17大队仍然首先接收B-25A，成为第一支B-25战斗部队。该大队下辖第34、37、95中队，以及第89侦察中队。第17大队原先装备道格拉斯B-18，在1941年6月迁至俄勒冈州彭德尔顿机场，以防范来自东海岸的德国潜艇威胁。其他装备该机还有新奥尔良州第30大队、缅因州班戈机场第43大队、华盛顿州斯波坎机场第39大队、佛罗里达州麦克迪尔机场第44大队。还有一架B-25A在莱特机场试飞。
第34中队的B-25A
B-25A总产量为40架。