В августе 1945 г. эти машины применялись в боевых действиях против Японии. На Курилах использовались и несколько самолетов, полученных неофициальным путем. Они были интернированы в 1943–1945 гг. Первые четыре из них сели на аэродроме Елизово под Петропавловском после налета американской авиации на о. Парамушир 11 сентября 1943 г. Эти машины принадлежали 77-й бомбардировочной эскадрилье ВВС армии США. Еще один бомбардировщик добавился, через год, 17 сентября 1944 г. Всего на Камчатке приземлились 12 В-25. Последний из них, B-25J Р. Уолбринка, сильно поврежденный японскими зенитчиками, сел на «брюхо» 10 июня 1945 г. Несколько самолетов удалось отремонтировать и поставить в строй 128-й смешанной дивизии. На 27 августа в ней насчитывалось 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
экипажей к переходу на американские бомбардировщики А-20, а также для различных вспомогательных целей.
С окончанием войны и прекращением сроков действия программы ленд-лиза Советский Союз обязан был сдать самолеты обратно американцам. Обычно эта процедура сводилась к уничтожению техники под контролем американских представителей. В 1945–1947 гг. часть машин действительно была уничтожена под надзором инспекторов из США. В частности, такие работы велись под Винницей. Бомбардировщики давили тракторами. Но эта участь постигла далеко не все «Митчеллы».
Перевооружение советской дальней авиации на В-25 продолжалось и после войны. Например, к 1946 г. ими полностью оснастили 330-й полк в Бобруйске. Американские самолеты сохранялись там до перехода на Ту-4 в 1949 г. Более того, в первые послевоенные годы В-25 считался основным самолетом дальней авиации. Самый массовый в АДД самолет Ли-2 представлял собой эрзац-бомбардировщик, вынужденно переделанный из пассажирского лайнера. После войны они вернулись к перевозкам людей и грузов или были переведены в военно-транспортную авиацию. Четырехмоторных Пе-8 осталось очень немного. Производство устаревших Ил-4 прекратили, поскольку они уже совсем не соответствовали требуемому уровню. Оставались В-25, которые должны были нести свою ношу до поступления достаточного количества Ту-4.
Уже после войны в СССР освоили электрический автопилот С-1, связанный с высокоточным прицелом Норден М-9, устанавливавшимся на B-25J. Кстати, в конце 1945 г. попытались заменить М-9 на еще более совершенные немецкие «Летфе-7». Около тысячи таких прицелов захватили на складах фирмы «Карл Цейсе». Приспособить «Летфе» к установке на В-25 помогали специалисты из Германии. Но немецкие прицелы и американские автопилоты оказались несовместимы — в системе возникали колебания, сбивавшие бомбардировщик с боевого курса.
14-я дивизия под Полтавой эксплуатировала В-25 до 1950 г. А вот смешанный корпус на Камчатке менял их на реактивные Ил-28 в 1953 г. В некоторых случаях «Митчелл» использовали как переходную машину при освоении Ту-4. Из-за нехватки запчастей, в первую очередь к двигателям, боеспособность американской техники постоянно падала. Это вынудило вновь вернуть в некоторые полки старые Ил-4.
Небольшое количество самолетов использовалось в гражданской авиации. Они начали поступать туда с 1943 г., когда ГВФ получил два В-25. Годом позже к ним добавились еще девять, но ненадолго — часть пришлось сдать АДД. Сперва их применяли как самолеты-лидеры при перегонке истребителей по АПСИБу, а также для обучения летчиков-перегонщиков. В начале 1945 г. «Митчеллы» решили передать в 3-ю дивизию связи, базировавшуюся на подмосковном аэродроме Мячково. Ее основной задачей была перевозка курьеров и документации к фронту и обратно. В феврале инженеры дивизии разработали проект переделки В-25 в связной самолет. В марте в Мячково прибыли две машины, причем обе — модификации G. В том же месяце первая из них подверглась доработке. Позднее она прошла испытания в НИИ ГВФ; летал на ней Б. Остапчук. С апреля началась их постоянная эксплуатация. В июне к двум имевшимся ранее самолетам добавился третий.
Руководство ГВФ рассчитывало на довольно широкое применение «Митчеллов» в гражданской авиации после войны. По мнению специалистов из НИИ ГВФ, экономические показатели разоруженных В-25 приближались к С-47 и Ли-2. Их заключение гласило: «Самолет В-25 является наиболее рентабельным из военных самолетов. Может быть использован в ГВФ в качестве грузового и грузе — пассажирского экспресса на основных магистралях».
Были разработаны два варианта переделки: грузовой и грузопассажирский. Первый перевозил 2700 кг груза, второй — 1400 кг плюс пять — восемь пассажиров. Людей собирались разместить в кабине за бомбоотсеком. С самолета хотели снять все вооружение, внутренние перегородки, заделать бомболюк, перенести в другое место радиостанцию. Загрузочные люки планировали прорезать в носовой части снизу и под крылом. Пассажирский вариант должен был еще получить кресла и окна в бортах. Но комфорт для пассажиров при этом практически отсутствовал.