28 июня 1941 года подписали контракт на выпуск 1200 бомбардировщиков B-25D (NA-87). Первые две машины этой модификации были готовы в начале 1942 года. Один из них совершил пробный полет 3 января, пилотировал машину Пол Балфур. Это был первый поднявшийся в воздух В-25 «Mitchell», собранный в Канзас-Сити. Через месяц пробных полетов начался серийный выпуск. Самолеты В-25D целиком изготавливались филиалом NAA в Канзас-Сити и фирмой Fisher Body Division. Первоначально B-25D ничем не отличались от В-25С, но уже на серии B-25D-1 появились наружные бомбодержатели под крыльями (можно было подвесить шесть-восемь бомб массой от 100 до 325 фунтов — 45,5…147,5 кг), самогерметизирующиеся бензобаки в центроплане, самогерметизирующиеся маслобаки и воздушные фильтры на наддуве. Как и на В-25С за кабиной пилота установили астронавигационную башенку, а также начали использовать турели Bendix Amplidyne. Под фюзеляжем установили подвеску для торпеды, а начиная с экземпляра 41-30352 на самолеты начали ставить «пальцевые» пламегасители на выхлопные патрубки.
В варианте B-25D-5 усилили защиту передней полусферы самолета. Вместо пулемета калибра 7,62 мм установили три 12,7-мм пулемета — два неподвижно и один с возможностью наведения. Был усовершенствован бомбоприцел, а начиная с экземпляра 41-30532 в каждой третьей машине устанавливался в бомбоотсеке сбрасываемый топливный бак объемом 585 галлонов (2145 л). Начиная с экземпляра 41-30057 самолеты получили усиленный обогрев кабины пилотов.
В-25С (41-12800) с двигателями R-2600-13.
В-25А
В-25C/D
В-25С (42-53492). Двигатель оснащен общей выхлопной трубой. Самолет оборудован неубирающимся хвостовым костылем под обтекателем.
Дополнительное оборудование появилось на B-25D-10. Самолеты этой серии были приспособлены к эксплуатации в условиях крайнего севера. Как и на С-10, на них поставили компас AM и систему аварийного выпуска шасси. Следующая серия B-25D-15 оснащалась системой отвода выхлопных газов типа Clayton «S». Серия D-20 началась с экземпляра 41-30533. Самолеты этой серии отличались фонарем кабины пилотов с меньшим числом переплетов, а также наличием бронеспинки на кресле второго пилота. Кроме того, самолеты оснастили приборами D-14, позволявшими контролировать давление масла и топлива. В бомбоотсеке установили самогерметизирующиеся бензобаки объемом 250 галлонов (870 л), а в каждом втором самолете ставили дополнительный бак объемом 325 галлонов (1230 л). Серия B-25D-25 отличалась наличием переносных кислородных приборов, а машины D-30 проходили дополнительную подготовку к эксплуатации в зимних условиях. Последний B-25D «Mitchell» покинул ворота завода в Канзас-Сити в марте 1944 года.
| B-25D | NA 87-7813…8012 | 41-29648…29847 |
| B-25D-I | NA 87-8013…8112 | 41-29848…29947 |
| B-25D-5 | NA 87-8113…8337 | 41-29948…30172 |
| B-25D-10 | NA 87-8338…8517 | 41-30173…30352 |
| B-25D-15 | NA 87-8518…8698 | 41-30353…30532 |
| B-25D-20 | NA 87-8699…9012 | 41-30533…30847 |
| B-25D-20 | NA 100-20606…20630 | 42-87113…87137 |
| B-25D-25 | NA 100-20631…20945 | 42-87138…87452 |
| B-25D-30 | NA 100-20946…21105 | 42-87453…87612 |
| B-25D-30 | NA 100-23606…23945 | 43-3280…3619 |
| B-25D-35 | NA 100-23946…24195 | 43-3620…3869 |
Линейные части, летавшие на бомбардировщиках «Mitchell», полностью использовали боевые возможности самолета. Но при необходимости в частях переделывали машины. Прочная конструкция В-25С и D позволяла устанавливать на них практически любое вооружение. Появилась идея создать на базе В-25 скоростной штурмовик. Дело в том, что бомбометание по японским кораблям со средних высот было крайне неэффективным. При умелом маневрировании корабль успевал уклониться от падающей бомбы, не говоря уже о том, что учесть влияние на траекторию бомбы порывов ветра было совершенно нереальным делом. Генерал Джордж К. Кении, командующий 5-й воздушной армией, предложил проводить атаки с минимальной высоты. Самолет заходил на цель на высоте 75 м, двигаясь со скоростью более 300 км/ч. При этом сбрасываемые бомбы с большой вероятностью попадали в борт корабля, что повышало эффективность бомбометания. Но у этого способа были и недостатки. Главную опасность при таком налете представляла корабельная зенитная артиллерия. Появилась идея усилить лобовое вооружение самолета, с целью активнее противодействовать кораблям противника.