Параллельно с В-25С выпускалась практически идентичная ей модификация B-25D. Машины типа D делал новый завод в Канзас-Сити. Его построили на бюджетные средства в 1940–1941 гг., и он считался государственной собственностью, временно переданной под управление «Норт Америкэн». Заказ на 1200 B-25D утвердили 28 июня 1941 г.
Первые шесть бомбардировщиков почти полностью собрали в Инглвуде и привезли в Канзас-Сити в виде крупных узлов. Два из них сдали ВВС в феврале 1942 г. и еще три — в марте. До сотого самолета все детали поступали с головного завода, а в Канзас-Сити вели только сборку и регулировку. Со 101-й машины часть узлов стали поставлять бывшие автомобильные заводы «Дженерал моторе», а центроплан и кое-что еще начали изготовлять на месте.
С 201-го бомбардировщика в Канзас-Сити перешли на серию D-1, получившую наружные бомбодержатели, астронавигационный блистер и ряд других новшеств, внедренных к тому времени в Инглвуде. На D-5 появились неподвижный крупнокалиберный пулемет в носу фюзеляжа и сбрасываемый бак в бомбоотсеке. D-10 был аналогичен С-10. На машинах серий D-1—D-10 монтировались «пальчиковые» пламегасители. На D-15 их заменили индивидуальными выхлопными патрубками. На B-25D-20, получивших другой козырек пилотской кабины и новые бензобаки в бомбоотсеке, первоначальный заказ на модификацию D закончился.
По дополнительному контракту выпустили серии D-25, D-30 и D-35 (заводское обозначение NA-100). Они шли с июля 1943 г. B-25D-25 отличались от самолетов предыдущей серии только введением переносного кислородного комплекта. Зато две очередные серии уже были ближе к следующей массовой модификации, B-25J, и имели совсем иную компоновку оборонительного вооружения.
На этих машинах выпускную нижнюю башню убрали. Место хвостового конуса заняла огневая точка с 12,7-мм пулеметом, но не такая, как на В-25А. Стрелок в ней сидел, а не лежал. В бортах за крылом прорезали большие окна, из которых смотрели наружу стволы еще двух крупнокалиберных пулеметов. Часть самолетов получила второй неподвижный пулемет в кабине бомбардира. Серия D-30 дополнительно отличалась обогревом лобовых стекол пилотской кабины.
Первоначальные экспортные заказы на NA-90, NA-93 и NA-94 позднее аннулировали, влив их в общий поток. Но из числа самолетов, построенных для ВВС армии США, некоторое количество В-25С и B-25D отправили в Великобританию, Советский Союз, Канаду и Бразилию. Англичане получили 167 В-25С и 371 B-25D, обозначив их «Митчелл» II. Канадцам достались четыре самолета, бразильцам — 29. Поставки в СССР будут подробно рассмотрены далее.
Следующие модификации Е и F являлись чисто экспериментальными. На них отрабатывались альтернативные системы антиобледенителей. Обе опытные машины переделали из типа С. На единственном ХВ-25Е через передние кромки крыла и оперения пропускался теплый воздух (нагревавшийся выхлопными газами моторов), на XB-25F они нагревались электричеством. Поскольку эти системы не продемонстрировали преимуществ перед хорошо освоенными пневматическими устройствами, то внедрения их в серию не последовало.
Хотя модификации С и D имели значительно более мощное вооружение, чем их предшественники, оно не всегда удовлетворяло экипажи в боевых условиях. На фронтах его дополняли различными кустарно изготовленными установками. Например, в 345-й бомбардировочной группе (так в США именовали авиаполки) штатные пулеметы в носовой части снимали и монтировали на месте кресла бомбардира счетверенную неподвижную установку. Естественно, что места для бомбардира при этом уже не оставалось. Бомбы сбрасывал пилот стоявшим у него дублирующим бомбосбрасывателем. Большой точности бомбометания не получалось, но это было и не очень важно, поскольку самолет использовали как штурмовик, в первую очередь, для подавления зенитных средств, и брали на борт мелкие осколочные бомбы в кассетах, поражавшие значительную площадь. Остекление передней кабины, ставшее бесполезным, закрасили. В той же группе имелся B-25D-25, на котором установили второй неподвижный крупнокалиберный пулемет (над первым), а место кормового блистера занял еще один неподвижный 12,7-мм пулемет, смонтированный с наклоном вниз.
