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。