Первый B-25J (43-3870) оказался на сборочной линии осенью 1943 года. Самолет создали на базе В-25Н. Это было возвращение самолету В-25 "Mitchell" его первоначальной роли - средний бомбардировщик. Самолет получил назад место бомбардира и остекленный носовой обтекатель, в котором стоял один неподвижный и один наводящийся 12,7-мм пулемет. В остальном фюзеляж был как у В-25Н. Верхняя турель находилась сразу за кабиной пилота, в хвосте имелась другая огневая точка. По бортам фюзеляжа в прикрытых обтекателями окнах стояло еще по одному пулемету. Два пулемета разместили под кабиной пилота, как на последних В-25Н. В кабину вернули кресло второго пилота, а бортовые огневые точки оснастили печками. Экипаж самолета состоял из шести человек: двух пилотов, штурмана-бомбардира-стрелка, механика-башенного стрелка, радиооператора-бортстрелка, хвостового стрелка. Бомбодержатели и створки бомболюка имели электрический привод. Обычная бомбонагрузка состояла из трех 454-кг бомб, хотя в качестве альтернативы можно было брать две бронебойные 726-кг бомбы. Самолет также мог брать торпеду Mk 13 массой 907 кг. Кроме того, под крыльями предусматривалась подвеска для шести 147-кг бомб.

Не забыли конструкторы и о штурмовиках "Stafer". Многие B-25J имели носовую часть как на В-25Н, с той лишь разницей, что в носовом обтекателе стояло сразу восемь пулеметов, расположенных двумя батареями по четыре. 75-мм пушку на самолет не ставили, но и без нее огневая мощь самолета была более чем достаточна.

Первый B-25J поднялся в воздух 14 декабря 1943 года с аэродрома Фейрфакс-Филд при заводе в Канзас-Сити. Пилотировал самолет Джо Бартон. Военные получили первый B-25J в том же месяце. Последнюю машину модификации J передали в августе 1945 года. Некоторое число бомбардировщиков B-25J оснастили радарами AN/APQ-7 "Eagle", но не известно ни точное число переделанных машин, ни того, использовались ли они на фронте.

Начиная с 151-го самолета с серийных B-25J-1 сняли один бомбодержатель для 907-кг бомбы, поскольку он почти не использовался на практике и лишь загромождал бомбоотсек. Чаще всего самолет брал три 454-кг или две 726-кг бомбы. Применялись и различные комбинации из бомб меньшей массы. Использовались 10-кг парашютные бомбы (parafrag).

На серии B-25J-5 изменили расположение гидравлических контуров тормозной системы, а прицелы N-3B и А-1 заменили одним универсальным N-3C. Лобовое стекло кабины пилотов оборудовали системой антиобледенения, а у пулеметов в турели и в бортовых окнах установили отражатели воздушного потока.

Серия B-25J-10 оснащалась наружными бомбодержателями под крыльями. Отопители бортовых огневых точек признали неэффективными и ставить перестали.

Серия B-25J-15 оснащалась новым оптическим прицелом N-8A для бортовых огневых точек. Носовой наводящийся пулемет оснастили ракурсным прицелом.

Бомбардировщики серии B-25J-20 получили систему обогрева кабины, в носовом обтекателе установили второй фиксированный 12,7-мм пулемет, а наводимый пулемет перенесли на 12 см вверх. Дополнительно забронировали пол носового отсека. Усилили конструкцию верхней турели и переработали систему аварийного торможения. Начиная с самолета 44-29340, на двигатели ставили карбюраторы Holley 1685RB.

На бомбардировщики серии B-25J-25 становили новые бронекресла для обоих пилотов, а также увеличили производительность карбюраторов. Уменьшили размеры рулевых шайб. Начиная с машины 44-30111, ставили дополнительную броню на верхнюю сторону фюзеляжа, чтобы защитить бомбардировщик от случайных попаданий из пулеметов, установленных в турели. Усилили крыло в районе передней кромки, установив несущие элементы диаметром 9,5 мм вместо 8 мм. На машинах 44-30309 и 44-30310 установили держатель для выливного химического прибора.

На самолетах серии B-25J-30, начиная с 44-30911, устанавливали цилиндры №№1, 7 и 9 не из нержавейки, а из обычной стали с гальваническим покрытием. Начиная с самолета 44-31111, появилась возможность подвешивать выливной химический прибор. Начиная с 44-31311, устанавливались электроподъемник бомб С-6. Начиная с 44-31338, снова усилили вооружение самолета. Под крыльями установили безоткатную пусковую установку Т-64, которая позволяла подвешивать до восьми пятидюймовых (127 мм) неуправляемых ракет HVAR "Holy Moses". Начиная с 44-31491, в хвостовой огневой точке установили прицел К-10 и пулемет М-8А калибра 12,7 мм.

С машины № 44-86692 предусмотрели возможность несения новых планирующих управляемых бомб.К работам по оснащению самолета этими бомбами приступили еще в 1943 г. Фактически планирующие бомбы GT-1 представляли собой торпеды с крылом и хвостовым оперением. В июле 1945 г. их использовали для ударов по кораблям в портах Сасэбо и Нагасаки. В Сасэбо удалось повредить и поджечь два судна. Третья бомба в цель не попала, но угодила в портовые сооружения. Бомбоприцел N-9B начали ставить с 44-86793. Начиная с 44-86799, изменили конструкцию тяг вертикальных рулей.

На B-25J-35, начиная с 44-96892, появилось оснащение для подвески и сброса авиационных мин.

Американские ВМФ получили 255 машин, присвоив им обозначение PBJ-1J и серии J-11, J-17, J-22, J-27, J-32 и J-37.

Морской вариант B-25J дополнительно оснащался радаром AN/APS-3, устанавливаемый в оконцовке правого крыла или в верхней части носового обтекателя. Десять PBJ-1J из VMB-12 могли нести под фюзеляжем две неуправляемые ракеты типа "воздух-земля" "Tiny Tim" калибра 292 мм.

Один B-25J (44-31357) без вооружения и турели использовался береговой охраной США на базе Кларк-Филд на Филиппинах. Машина использовалась в качестве курьерского самолета. Кроме того, самолет участвовал в программе LORAN с апреля 1945 по август 1946 года.

Всего сдали 4318 B-25J. Еще 72 самолета были практически готовы, когда производство прекратили. Некоторые из этих машин позднее все-таки достроили. Из общего количества 800 B-25J сразу собрали в штурмовом варианте. Кроме того, "Норт Америкэн" выпускала т.н. переделочные комплекты, которые позволяли доработать самолет непосредственно на прифронтовом аэродроме. Таким образом, фактическое количество машин штурмового варианта на самом деле существенно превышало исходные восемь сотен.

Несмотря на то, что "Митчелл" имел очень приличную дальность полета, для масштабов Тихоокеанского театра ее подчас не хватало. Требовалось увеличить запас горючего. Доработку машин вели прямо на фронтовых аэродромах. Различные дополнительные баки, снятые с самолетов других типов, размещали в фюзеляже возле радиостанции.

На B-25J допустимую нормальную бомбовую нагрузку подняли до 1814 кг. Кроме того, постоянно нарастал вес оборудования и вооружения. По сравнению с модификациями С и D, вес планера с оборудованием в итоге увеличился практически на три тонны, поэтому летные данные ухудшались от серии к серии. Максимальная скорость B-25J не превышала 444 км/ч, т.е. уступала ранним модификациям более, чем на 50 км/ч.

Самолеты типа J поставлялись не только ВВС армии США. 314 машин отправили в Великобританию, где они эксплуатировались как "Митчелл" III. По ленд-лизу эти бомбардировщики шли также в СССР, Канаду, Австралию и Китай. В послевоенный период их поставляли во Францию, Нидерланды, Перу, Венесуэлу и Индонезию.