Fra 1957 til 1958 var han formann for National Advisory Committee for Aeronautics før organisasjonen byttet navn til NASA. I 1972 mottok Doolittle en Tony Jannus Award for sitt fremragende bidrag til kommersiell luftfart. I tillegg til hans Medal of Honor for Doolittle-raidet fikk Doolittle blant annet en Presidential Medal of Freedom, to Distinguished Service-medaljer, Silver Star, Bronze Star, samt flere utmerkelser og dekorasjoner fra Storbritannia, Frankrike, Belgia, Polen, Kina og Ecuador. Han er den eneste personen som har blitt tildelt både Medal of Honor og Medal of Freedom, som er USAs to høyeste æresbevisninger.