Bobby Mitchell war mit verschiedenen Fähigkeiten gesegnet, die einen grossen Athleten ausmachen: Eine exzellente Schnelligkeit, eine unnachahmliche Wendigkeit und eine grosse Körperbeherrschung. Was ihn allerdings für die Coaches so wertvoll machte, war seine Vielseitigkeit: Er konnte sowohl als Running Back als auch als Wide Receiver eingesetzt werden. Auf beiden Positionen wurde er in die Pro Bowl gewählt.

Der Start seiner NFL-Saison begann für Bobby Mitchell allerdings enttäuschend: Im Draft des Jahres 1958 fiel er immer weiter nach hinten und wurde erst in der siebten Runde durch die Cleveland Browns verpflichtet. Dort bildete Bobby Mitchell dann gemeinsam mit dem grossen Jim Brown ein Running Back-Duo, welches zu den Besten in der NFL-Geschichte gehört. Den überwiegenden Teil seiner 2'735 Rushing-Yards und 18 Touchdowns akkumulierte er in jenen Jahren. Daneben wurde Mitchell von den Browns auch als Returner bei Kickoffs und Punts eingesetzt: Fünf Kickoffs und drei Punts trug er zu Touchdowns zurück.

Nach vier erfolgreichen Saisons in Cleveland wurde Bobby Mitchell zu den Washington Redskins getradet. Im Team des als Rassisten bekannten Redskins-Besitzers George P. Marshall war er der erste und einzige schwarze Spieler. Und Marshall hatte Mitchell nur als Spieler geholt, weil ihm ansonsten die Regierung nicht gestattet hätte, im neugebauten Robert F. Kennedy-Stadion zu spielen, welches sich im Besitz der öffentlichen Hand befand.

In der US-Hauptstadt wurde Bobby Mitchell zum grössten Teil als Flanker eingesetzt. Und da Mitchell die Fähigkeiten eines Wide Receivers mit dem Talent eines Running Backs verband und somit nicht nur den Ball sicher fing, sondern danach auch noch in der Lage war, viele Zusatz-Yards zu erzielen, war er für die gegnerische Verteidigung eine ständige und gefährliche Bedrohung. Total erzielte er 7'954 Receiving-Yards und 65 Touchdowns. In keiner seiner Saisons in Washington fing er jeweils weniger als 58 Pässe, 1962 war er mit 72 Passfängen der beste Receiver der Liga.

Nach der Saison 1968 trat Mitchell zurück. Seine Karrierestatistik von total 14'078 erzielten Yards waren zu jenem Zeitpunkt das zweithöchste Total in der NFL-Geschichte. 1983 wurde Bobby Mitchell in die Hall of Fame aufgenommen.