空袭结束后，着陆在中国境内的绝大多数机组都得到了当地中国百姓和军队的帮助，最终抵达安全地区。然而，帮助和保护过他们的中国人却因此付出了惨痛的代价，甚至是无数的生命。为了感谢中国百姓们的无私帮助，临别之时美国兵往往会把手头上有的物品全都赠予他们，不管是吃的、穿的、还是用的。而不幸的是，恰恰是这些物品使乡亲们蒙受血光之灾。
日军随后立即发动了浙赣战役，恫吓和警告中国平民不许帮助坠机的美国飞行员。空袭机组成员降落地周围20,000平方英里（50,000平方公里）范围内的所有机场和滑行跑道均被摧毁。战役中日军针对中国百姓，特别是查出携有美国物品的平民施加暴行，甚至动用了细菌武器。为了搜出空袭的美国飞行员，被日军杀害的中国百姓据估计达到25万人。
两架飞机的10名机组成员——Hallmark的6号机成员和Farrow的16号机——就没有那么幸运了。行动4个月后的1942年8月15日，美国从瑞士驻上海总领事馆方面获悉，8名失踪的机组人员关押在日军上海警备司令部（另2名其实已在飞机海面迫降时溺水身亡）。
被俘美军飞行员
1942年10月19日，日军发出布告，宣称他们已经审判了8名美国飞行员并全部判处死刑，但之后其中5名的死刑又被改为无期徒刑。不过在布告并没有说出8名飞行员的姓名和其他详情。
而最后两名失踪队员早已溺水身亡的消息，直到二战结束后在上海举行的战犯审判法庭上方才公诸于世。法庭从1946年2月开庭审理关于四名日本军官在狱中施行过虐待的指控。从中得知，2名失踪的队员，6号机的William J. Dieter上士和Donald E. Fitzmaurice中尉早已在他们的B-25迫降海岸之时溺水身亡。另外的8人，6号机的Dean E. Hallmark中尉，Robert J. Meder中尉，Chase Nielsen中尉，16号机的William G. Farrow中尉，Robert L. Hite中尉，George Barr中尉，Harold A. Spatz下士和Jacob DeShazer下士，被俘。1942年8月28日，飞行员Hallmark，Farrow和机枪手Spatz被日军指控杀害日本平民而获罪。10月14日，3人被告知将于第二天行刑。10月15日下午4点30分，3人被带上卡车，前往上海郊外的第一公墓中处于枪决。
剩下的5人则被继续囚禁，日军拒绝给予他们食物，再加上酷刑折磨，致使5人的健康状况迅速恶化。1943年4月5人被转移至南京关押，12月1日，Meder中尉病逝。剩下的4人（Nielsen，Hite，Barr和Deshazer）终于得到了稍好一些的待遇，甚至还得到了圣经和一些其他书籍。1945年8月美国中央情报局派遣空降特工小组将4人解救了出来。曾经虐待8名被俘机组成员的4名日军军官被带上战犯法庭，法庭判处4人全部有罪。其中3名日军军官被判重体力劳役5年，另一名被判有期徒刑9年。Deshazer下士最终成了一名神父，于1948年前往日本，并在那里传教超过30年。现4名当时的幸存者中仅Hite健在。Barr1967年死于心脏病。Nielsen逝世于2007年而Jacob Deshazer也在2008年3月15日与世长辞。
另外还有一名空袭成员在行动当日牺牲。3号机上的机枪手Leland D. Faktor下士在弃机跳伞后不慎坠崖身亡。
跳伞着陆之后，杜立特对身边的队员说出了他的看法。他相信另外15架B-25肯定全都坠毁了，要么和他们一样弃机跳伞或是迫降，甚至有可能东京上空就遭击落。在1号机寻找预定轰炸目标时，杜立特已经发觉实际情况与计划时参看的地图有着不少出入，目标不易辨识。故而杜立特认为，空袭对目标的打击可能相当小，行动明显失败。这样的话，他若回国必将为行动失败承担责任，接受军事法庭的审判。但杜立特是在无法联系上其他队员的情况下作出的猜测，与他的想法截然相反，在地球另一边的美国，民众通过政府和媒体得知了空袭得手的消息，社会上下欢呼雀跃，总统罗斯福更是授予杜立特荣誉奖章（Medal of Honor），并跳过上校军衔而直接提升他为准将。
出于空袭成员人身安全的考虑，政府并未向外公布杜立特等成员的姓名。因此也就不难理解，当1942年7月杜立特准将（最后提升至四星上将）与指挥官Grandison Gardner上校再次光临当年训练空袭机队的Eglin机场之时，当地（佛罗里达州Crestview）报纸Okaloosa新闻随报道了军方视察机场一事，却对杜立特的名字一笔带过，媒体根本不知道这位略显矮小的将军就是空袭东京的英雄，更不知道半年前他曾在Eglin训练的那段经历。杜立特在之后的三年中，相继指挥北非的第20航空队，地中海的第15航空队和位于英国的第8航空队。
除了杜立特获荣誉奖章之外，David J. Thatcher下士（7号机机师/机枪手）和Thomas R. White中尉（15号机军医/机枪手）因为在着陆后全力救助负重伤的Lawson机组成员并帮助全队躲避日军搜索，二人均获得银星奖章以为表彰。所有80名空袭队员，包括牺牲的7名队员，荣获特殊飞行十字勋章（Distinguished FlyingCross），而行动中牺牲和负伤的队员还被授予紫心勋章（Purple Heart）。另外，每一位空袭成员还得到了中国政府的嘉奖，包括陆海空军甲级一等奖章。
在行动后的一年多时间里，生还的73名队员中有28人留在中缅印战场执行飞行任务，5人在行动中牺牲。另外有19人在返回美国后不久即转战北非执行作战飞行任务，其中4人在行动中丧身，4人成为了战俘。另有9人参与欧洲战场，1人在行动中身亡。73名生还者中总共12人在此次空袭后的15个月之内坠机牺牲。二战结束前，有2人因伤势过重难以参战，于1944年退役。
而提供给杜立特空袭成员的第17轰炸机大队，行动后得到了人员增补，并于1942年6月转移至Barksdale陆军航空机场，在那里全队改换装备，开始使用B-26 Marauder中型轰炸机。1942年11月大队部署于北非，与当地的第20航空队一同在地中海战区作战，直到二战结束。
日后，美军开始使用破坏力惊人的B-29超级堡垒（Superfortress）空袭日本，与B-29相比，杜立特空袭造成的破坏着实微不足道，据称空袭后不久，遭轰炸的设施就都修复一新。杜立特机队对8个主要目标，5个次要目标实施了轰炸。在东京，目标包括一座燃料储藏仓库，一座钢铁厂和数座发电厂。在横须贺，McElroy中尉驾驶的13号机投下的炸弹中，至少有一枚炸到了几近完工的日本帝国海军龙凤号航空母舰，使航母不得不在船坞中躺到11月方才完工出航。另外有6所学校和1家陆军医院也遭到了轰炸。
尽管轰炸效果很小，但空袭的消息一经发出，美国上下一片欢腾。之前从珍珠港遭袭，到日本接连占领东南亚领土和岛屿，媒体报道的一向都是坏消息，在这个时候就特别需要从前线传来的胜利消息来鼓舞人心，无论胜利来自于多么小的一场战斗。
杜立特空袭也对日后二战的战略形势产生了影响，尽管在当时并未认识到这一点：空袭使得日军意识到了本土防御的脆弱，随即从各条战线上召回部分部队安排本州岛的防御。在印度洋上，由南云忠一大将指挥的主力航母作战群拥有五艘速度极快的大型航母，所携带的舰载机队也属帝国海军中最强的一支。这支舰队的存在沉重打击了英国皇家海军和盟军在印度洋的物资运输航线。南云的舰队曾一度挺进至最西面的锡兰（今斯里兰卡），对部署在那里的英国港口和皇家空军机场实施了数次空袭。然而杜立特空袭迫使日本为了防守本土，将南云的舰队召回了日本，从而一下子缓解了对印度洋上皇家海军的压力，更使得战备物资得以较安全地由商船运抵印度后再输往中国。这样看来，杜立特空袭迫使日本下了一子败棋。
从美军航母可以安然无恙地靠近日本本土这一点来看，日本帝国海军的重大失职也是无法推卸的。遭到空袭之后，日军得知实施攻击的轰炸机并非舰载机，而是大型的双引擎陆基轰炸机。帝国海军最高司令部苦恼于搜寻可能用作这些陆基轰炸机起飞的岛屿，却始终没能搞清楚陆基的敌机究竟从何而来。海军司令山本五十六考虑到本土防御力量的脆弱，由于在夏威夷到日本本土之间的海域确实存在岛屿，山本认为必须拿下这些岛屿，否则无法排除美军利用这些岛屿起飞陆基轰炸机空袭日本的可能性。于是山本下定决心集中力量以占领战略要地中途岛，遂爆发了中途岛海战。此役，日本帝国海军4艘大型航母被悉数击沉，损失惨重。
从20世纪40年代晚期开始，当年参与杜立特空袭的机组成员差不多每年都会重聚在一起，举办年会。每次到重聚年会中的高潮之时，都会举行一个庄重的私人仪式。在仪式上，健在的成员们将齐声念起每一位成员的名字，并祝酒缅怀过去一年里辞世的战友。80名成员每人都有一只经特别雕刻的银质高脚杯，用来祝酒。一旦一位成员去世了，那他的杯子就被倒置，这样一看就能知道某位成员是否健在。而高脚杯上会两次刻上主人的姓名。健在之时于杯子上方刻名，而逝世后则反向在杯子底部刻上名字。
从1960年起的每次成员聚会上，成员们都会喝上一口1896年即杜立特出生那年酿制的Hennessy cognac葡萄酒，他们约定当仅剩下两名成员健在之时，将由两人喝完瓶中最后的酒。那种酒瓶和80名成员的银质高脚杯在2006年以前一直由美国空军学会保管，展览于军校学员社会中心的Arnold大厅内。2006年4月19日，杜立特空袭64周年之际，酒瓶和高脚杯转移至俄亥俄州Wright-Patterson空军基地的美国空军国家博物馆内。
2019年4月9日，最后唯一一位在世的参与杜立特空袭的机组成员Richard E. Cole，在德克萨斯州的圣安东尼奥市逝世，享年103岁，至此当年参与杜立特空袭的全部80名机组成员均已逝世。
1992年4月迎来杜立特空袭50周年。当年曾经营救美军飞行员的陈慎言、朱学山、曾健培、刘芳桥和赵小宝等五位老人收到美国方面的邀请，参加了在美国举办的纪念杜立特空袭五十周年之庆祝活动。时任美国总统的乔治·布什更是在白宫亲切接见了他们。
1992年4月18日，在“杜立特行动50周年”纪念会上，时任美国总统的乔治·布什对这段历史作出了高度评价：“在突袭以后，那些善良的中国人不顾自己的安危，为我们的飞行员提供掩护，并为他们疗伤。在具有特殊意义的时刻，我们也向他们表示崇高的敬意，感谢他们作出的人道主义努力，是他们的帮助才使我们的飞行员能够安全返回。杜立特行动虽然已经过去半个世纪了，但这些英雄们一直受到美国人民的敬仰和尊重。我们永远不会忘记他们作出的伟大功勋，也永远不会忘记为自由和正义事业作出贡献的中国人。”
2012年迎来杜立特空袭70周年纪念，美国杜立特轰炸者协会特意邀请了浙江衢州江山的村民廖明发前往美国。他的父亲廖诗原，正是当年救下3号机领航员Ozuk的人之一。
2017年4月18日，在杜立特空袭75周年纪念活动上，101岁的Richard E. Cole向他那79位已经逝去的战友们举杯致意，并且将那只属于David J. Thatcher的高脚杯倒置。
杜立特空袭被成功地搬上了银屏，诞生了1944年的《东京上空30秒》，风靡一时。影片翻拍自同名回忆录，作者正是当时7号机的飞行员Ted W.Lawson上尉。影片对空袭任务作到了非常精确的再现，得到了空袭队员们的一致认可。
1976年由杰克·斯米特导演影片《中途岛战役》，作为中途岛战役的起因，影片开始的时候，短暂的描述了一下杜立特空袭。
2001年好莱坞电影《珍珠港》（Pearl Harbor）（由亚历克·鲍德温饰演杜立特）也描述了杜立特空袭。但是影片对于空袭本身和后期影响的描述都不准确，特别是将轰炸描绘成了对整个工业区的毁灭性打击，与事实不符。
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