Những năm ấy, rất ít người biết Phạm Ngọc Thảo là một nhà tình báo, người ta chỉ biết ông là một sĩ quan có khả năng chính trị và ngoại giao. Sau ngày Việt Nam thống nhất, nhiều đồng đội đã vô cùng chua xót khi thấy mộ ông vẫn chỉ là nấm mồ vô danh. Họ đã sưu tầm tư liệu, đề nghị Nhà nước truy tặng ông danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ trang Nhân dân,... Rất nhiều nước mắt xúc động, cảm thương của những người chiến binh già đã rơi khi kể lại câu chuyện về ông. Năm 1987, Nhà nước Việt Nam truy tặng ông danh hiệu liệt sĩ, với quân hàm đại tá Quân đội nhân dân Việt Nam, danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân. Hiện nay, mộ Phạm Ngọc Thảo được đưa về nghĩa trang Thành phố Hồ Chí Minh, trên đồi Lạc Cảnh (quận Thủ Đức). Mộ ông nằm cạnh mộ những tên tuổi nổi tiếng như Lưu Hữu Phước, Phạm Ngọc Thạch, Can Trường... Tên ông được đặt tên cho một con đường tại thành phố Hồ Chí Minh.

Mãi tới 12 năm sau ngày hòa bình, Nhà nước Việt Nam mới chính thức công nhận liệt sĩ và phong anh hùng cho Phạm Ngọc Thảo. Ông Mười Hương đã nói: “Phong anh hùng 10 lần cho Phạm Ngọc Thảo cũng xứng đáng, nhưng chưa thể được, vì vợ con Thảo đang ở Mỹ. Khi chiếu phim Ván bài lật ngửa, tôi gọi cho ông Trần Độ (lúc ấy làm Trưởng ban Văn hóa Văn nghệ Trung ương) bảo hãy cấm cái phim đó đi, đừng làm hại vợ con Phạm Ngọc Thảo”. Ông Phạm Xuân Ẩn cũng từng nói sau khi Phạm Ngọc Thảo bị giết chết, chính quyền Nguyễn Văn Thiệu đã đề nghị chính quyền Mỹ trục xuất vợ con ông Thảo, lúc đó ở Mỹ có một cuộc vận động bảo vệ vợ con ông Thảo, ngay cả những nhà báo Mỹ chống cộng cũng phản đối sự trục xuất này, vì vậy mà vợ con ông Thảo vẫn bình an vô sự cho đến bây giờ.[9]

Ngày 28 tháng 8 năm 2015, Tỉnh ủy Bến Tre tổ chức trọng thể lễ công bố quyết định của Bộ Văn hóa - Thể thao và Du lịch về xếp hạng di tích quốc gia, đối với nơi ở và hoạt động của đại tá tình báo Phạm Ngọc Thảo (dinh tỉnh trưởng cũ, sau là nhà bảo tàng tỉnh), tọa lạc tại số 146 Hùng Vương, Phường 3, thành phố Bến Tre, tỉnh Bến Tre.[5]

Phạm Ngọc Thảo được coi là một trong 4 tình báo viên xuất sắc nhất của Quân đội nhân dân Việt Nam (3 người kia là Phạm Xuân Ẩn, Vũ Ngọc Nhạ và Đặng Trần Đức). Một số người còn cho ông là điệp viên xuất sắc nhất[10] bởi 3 đặc điểm chính:

1. Phạm Ngọc Thảo là tình báo viên hoạt động đơn tuyến, không có đồng đội trực tiếp hỗ trợ, chỉ chịu sự chỉ đạo về chiến lược của Lê Duẩn. Nhiệm vụ của ông không phải là đưa tin mà là tác động đến sự "thay đổi chế độ". Có thể nói tầm quan trọng của Phạm Ngọc Thảo ngang với sức mạnh của một đạo quân.
2. Khác với các tình báo viên thông thường, Phạm Ngọc Thảo là người có thể tác động trực tiếp đến chính quyền và quân đội. Là sĩ quan cao cấp trong Quân lực Việt Nam Cộng hòa, ông có tác động, thậm chí trực tiếp đạo diễn và tham gia chỉ đạo hàng loạt vụ đảo chính làm rung chuyển gây mất ổn định chính quyền Nam Việt Nam những năm 1964-1965.
3. Trong cuộc tranh giành quyền lực giữa các phe phái quân đội, Phạm Ngọc Thảo bị xem là đối tượng nguy hiểm và bị đe dọa tính mạng bất cứ lúc nào. Dù vậy, ông vẫn tiếp tục nhiệm vụ mà không trốn chạy để bảo toàn mạng sống. Thậm chí, cả khi bị bắt và tra tấn đến chết, Phạm Ngọc Thảo vẫn không lộ tung tích của mình. Mãi sau này, khi ông được truy phong, người ta mới biết ông là tình báo viên.

Hai ông bà Phạm Ngọc Thảo và Phạm Thị Nhiệm có bảy người con. Vợ ông từng đi dạy học. Vợ và con ông hiện đang ở Hoa Kỳ. Tất cả các con của ông đều học hành thành tài (có người là bác sĩ, đang ở Quận Cam).

Trong dòng đề tựa trong cuốn Ván bài lật ngửa, nhà văn Trần Bạch Đằng, với bút danh Nguyễn Trương Thiên Lý, đã trân trọng viết "Tưởng nhớ anh Chín T. và những người đã chiến đấu hy sinh thầm lặng". Ông đã sử dụng chính hình tượng của Phạm Ngọc Thảo để xây dựng nhân vật Nguyễn Thành Luân trong tiểu thuyết của mình. Tiểu thuyết này sau được dựng thành phim rất ăn khách (vai Nguyễn Thành Luân do cố diễn viên Nghệ sĩ ưu tú Nguyễn Chánh Tín đảm nhiệm).

Ông Trần Bạch Đằng nhận xét: "các nhà tình báo thông thường có nhiệm vụ giấu mình, thu thập, khai thác tin tức chuyển về trung tâm. Riêng Phạm Ngọc Thảo đi thẳng vào hàng ngũ kẻ thù, tung hoành hoạt động vì Tổ quốc cho tới tận lúc hy sinh, trường kỳ mai phục và độc lập tác chiến. Anh là người tình báo đặc biệt có một không hai". Nguyên thủ tướng Võ Văn Kiệt nói: "anh Phạm Ngọc Thảo đã nhận một nhiệm vụ đặc biệt, chưa từng có tiền lệ trong công tác cách mạng của chúng ta"