多炮塔主义
英格伍德生产线从第65架“米切尔”开始转产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大大加强了自卫火力。
外观上B-25B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。
本迪克斯L型动力炮塔
B-25B复杂的炮塔系统
“米切尔”机组都不喜欢可收放机腹炮塔，因为只能通过安装炮塔顶部的一个由棱镜和反射镜组成的复杂潜望镜系统进行瞄准，机枪手需要呈跪姿低头观察潜望镜，并用双手遥控机枪的射击。瞄准潜望镜使用起来非常笨拙和繁琐，而机枪手只能以尴尬的跪姿通过瞄准具向外窥视，看不见自己手部的操作也看不见枪管，在用瞄准具跟踪敌机时往往会感到头晕，严重时甚至会失去方向感，无法进行射击。此外，炮塔完全放下耗时长达55秒，如果放下速度过快，控制收回的机构可能就完蛋了，使炮塔无法收回，于是产生巨大的空气阻力。另外在条件恶劣的机场起飞时，炮塔表面会被泥巴和灰尘覆盖，影响瞄准。该炮塔系统被认为缺点远大于优点，作战部队在外场一般会拆除这个累赘，不仅可以减重272千克，空出的地方还能放一个远程副油箱。
B-25B机腹炮塔的收起与放下状态
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的改进主要集中在后机身，除增加炮塔外，还取消了尾部机枪
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公里/小时。
1941年8月美国陆航接收了首批14架B-25B，第17大队仍然是首批装备该机的部队。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。
北美公司制造的首架B-25B
第17大队的B-25B
奇袭东京
B-25“米切尔”参加的最著名的行动就是杜利特轰炸东京了。当时美国政府决定在1942年初实施这次行动，以提升太平洋战争开始以来屡遭打击的国民士气。
珍珠港事件后不久，美军就开始计划对日本本土实施报复性打击。与人们通常认为是詹姆斯·杜利特中校提出奇袭东京设想相反，美国海军上校弗朗西斯·洛首先提出了让以中型轰炸机从航母起飞轰炸东京的奇思妙想。弗朗西斯是海军上将金的参谋，他向金的航空官员邓肯上校汇报了该设想。邓肯觉得这个方案可行，于是转交给老板。海军上将对这个设想很热心，命令邓肯上校向陆航阿诺德将军汇报。阿诺德将军为此咨询他的特别计划军官詹姆斯·H·杜利特中校。杜利特当时已经是一位著名飞行家，在飞行赛事中战功卓著，他看到该设想后眼前一亮，立即表示要参加这次不朽的奇袭。
奇袭东京计划的始作俑者弗朗西斯·洛
美国陆军和海军迅速秘密启动了“东京计划”，杜利特中校和邓肯上校分别作为各自军种的计划负责人。杜利特中校负责训练轰炸机机组，他们将从“大黄蜂”号航母起飞轰炸日本。中型轰炸机在航母上起飞时可行的，但却无法返回航母，所以B-25在轰炸东京后要穿越日本在中国东部省份降落，然后幸存的轰炸机5将继续飞到缅甸接受史迪威将军的指挥。
秘密计划需要挂载907千克炸弹轰炸机从航母起飞后能飞行3860千米，因此候选机型只有马丁B-26“劫掠者”和北美B-25“米切尔”，由于后者起飞性能更好，所以B-25最终入选。
当时唯一装备B-25的部队就是第17轰炸大队，该大队提供了24架B-25B以及志愿机组，小伙子们被告知这是一次在敌众我寡环境下进行的非常危险的绝密任务。
1942年2月3日两架“米切尔”从“大黄蜂”号航母起飞，证明了该计划的可行性。志愿者们来到佛罗里达州埃尔金机场进行训练，此时他们还不知道具体的轰炸目标，只是埋头于短距起飞训练。最后他们发现在理想的逆风情况下，B-25的起飞滑跑距离可以短至137米。
在埃尔金机场进行短距起飞训练的B-25B
B-25B也针对任务进行了改装，因为奇袭主要是在低空飞行，所以拆除了机腹炮塔，减重272千克。机身内加装了额外的油箱，将载油量增加到4509升，其中机翼油箱2445升，弹舱油箱852升，弹舱上方夹层中的可折叠油箱还可容纳606升，机腹炮塔位置副油箱606升，机舱内还备有10个19升油桶。飞机还拆除了保密的诺顿轰炸瞄准军以避免落入日本人手中，取而代之的是更适合低空轰炸的临时瞄准具。B-25B在任务中将挂载4枚227千克炸弹，为了迷惑6点钟方向的日本战斗机，尾部安装了两根漆成黑色的木棍以模拟机枪。全副武装的B-25B起飞重量约为14061千克。
登上“大黄蜂”号的B-25B，尾部机枪就是两根被漆成黑色的木棍
训练结束后，机组们来到了加州麦克莱伦机场，4月1日机组离开麦克莱伦前往旧金山的阿拉米达海军基地。在此16架B-25B全部吊运被到航母上，所有接受训练的机组（包括备份机组）也都登舰。4月2日特遣队驶向日本。
任务前杜利特中校将此前日本政府授予自己的勋章系在炸弹上，准备还给日本人
但是由于遭遇日本侦察船，B-25B被迫从距离原定地点644千米的海域起飞。1942年4月18日杜利特中校率先从“大黄蜂”号升空，其余15架B-25B紧接着杜利特飞向1127千米外的日本本土。