Không kích Doolittle
Huấn luyện

Khi kế hoạch đã xác định B-25 là kiểu máy bay tốt nhất đáp ứng các đòi hỏi đặt ra cho nhiệm vụ này, hai chiếc đã được chất lên sàn đáp của chiếc tàu sân bay Hornet tại Norfolk, Virginia, và sau đó đã cất cánh từ sàn đáp không chút khó khăn vào ngày 3 tháng 2 năm 1942. Cuộc không kích ngay lập tức được phê duyệt và Liên đội Ném bom (tầm trung) 17 được chọn để cung cấp các đội bay từ những người tình nguyện. Liên đội 17 đã là liên đội ném bom đầu tiên được trang bị B-25, khi cả bốn phi đội của nó được nhận kiểu máy bay ném bom tầm trung mới vào tháng 9 năm 1941. Không chỉ là liên đội ném bom tầm trung đầu tiên của Không lực Lục quân Hoa Kỳ, Liên đội 17 vào mùa Xuân năm 1942 còn có những đội bay B-25 có kinh nghiệm nhất. Sự phân công đầu tiên dành cho Liên đội tiếp theo sau việc Hoa Kỳ tham chiến là được điều về Không lực 8.
Vào lúc đó, Liên đội 17 đang thực hiện các chuyến bay tuần tra chống tàu ngầm từ căn cứ ở Pendleton, Oregon; họ lập tức được di chuyển băng ngang lục địa đến Căn cứ Không lực Lục quân Lexington County tại Columbia, Nam Carolina, danh nghĩa bên ngoài là tiến hành các chuyến tuần tra tương tự tại bờ Đông Hoa Kỳ, nhưng trong thực tế là nhằm chuẩn bị để chống lại Nhật Bản. Liên đội được chính thức chuyển đến Colombia vào ngày 9 tháng 2, nơi các đội bay chiến đấu được đề nghị một cơ hội tình nguyện tham gia một nhiệm vụ "cực kỳ nguy hiểm" chưa được xác định. Ngày 17 tháng 2 nhóm được cho tách khỏi Không lực 8.
Kế hoạch ban đầu đề xuất có 20 máy bay tham gia làm nhiệm vụ, nên 24 máy bay ném bom trong số những chiếc B-25B Mitchell của Liên đội được chuyển đến Trung tâm cải tiến của Mid-Continent Airlines tại Minneapolis, Minnesota. Công việc cải biến bao gồm:
Tháo bỏ tháp súng bên dưới bụng
Trang bị những bộ làm tan băng và chất giải nhiệt chống đông
Bổ sung những tấm thép hướng gió trên thân chung quanh tháp súng bên trên
Tháo bỏ hệ thống liên lạc radio (một biện pháp tiết giảm nhiên liệu)
Trang bị thêm ba thùng nhiên liệu phụ và các trụ đỡ bên trong khoang chứa bom, lối đi và khu vực tháp súng dưới bụng nhằm tăng trữ lượng nhiên liệu từ 2.445 lên 4.319 lít (646 – 1.141 gallon)
Các nòng súng giả được gắn trên chóp đuôi
Thay thế các bộ ngắm ném bom Norden bằng kính ngắm đơn giản, theo đề nghị của Đại úy phi công C. Ross Greening biệt danh "Mark Twain".
Hai máy bay ném bom còn được trang bị máy ảnh để ghi lại kết quả của cuộc ném bom.
24 đội bay được chọn đã nhận những chiếc máy bay được cải biến tại Minneapolis rồi bay đến Căn cứ Không quân Eglin tại Florida vào ngày 1 tháng 3 năm 1942. Tại đây các đội bay được cho luyện tập khẩn trương trong ba tuần, cất cánh từ sàn đáp mô phỏng của một tàu sân bay, luyện tập bay tầm thấp và bay đêm, ném bom tầm thấp và định vị bay sát mặt nước. Đại úy Hải quân Henry Miller đã giám sát công việc huấn luyện cất cánh và đã tháp tùng các đội bay đến địa điểm xuất phát. Do các nỗ lực của mình, Đại úy Miller được xem là một thành viên danh dự của đội Raider. Trung tá Doolittle đã viết trong bản báo cáo sau chiến dịch là việc huấn luyện đã đạt được trình độ hoạt động cho dù có nhiều ngày không thể cất cánh được do mưa và sương mù. Một máy bay bị hư hại nặng do tai nạn khi cất cánh và một chiếc khác bị loại khỏi nhiệm vụ khi bánh đáp mũi bị rung lắc mà không kịp sửa chữa.
Vào ngày 25 tháng 3, 22 chiếc B-25 còn lại cất cánh từ Eglin để đi đến sân bay McClellan, California. Chúng đi đến Tổng kho Không quân Sacramento hai ngày sau đó thực hiện những cải biến sau cùng. Sau đó có tổng cộng 16 chiếc B-25 được cho bay đến Căn cứ Không lực Hải quân Alameda, California, vào ngày 31 tháng 3. Mười lăm chiếc sẽ nằm trong lực lượng tiến hành chiến dịch, còn chiếc thứ 16, do sự thỏa thuận vào phút cuối với Hải quân, sẽ được cho nhét lên sàn đáp rồi cho cất cánh không lâu sau khi khởi hành từ San Francisco nhằm phản hồi thông tin cho các phi công Lục quân về những đặc tính cất cánh. Tuy nhiên, vào lúc cuối cùng chiếc máy bay ném bom thứ 16 cũng được cho tham gia vào vụ không kích.