Janet Commins kropp hittades nära ett skolfält i Flint i norra Wales av tre barn som lekte kurragömma.
Stephen Hough, 58, från Flint, dömdes för dråp, våldtäkt och sexuella övergrepp vid Mold Crown Court förra veckan. Han blev friad från mord.
Hough dömdes till 12 år och ytterligare tre år efter att ha erkänt sexuella övergrepp mot en 15-årig flicka 2016.
De två meningarna kommer att löpa i följd.
Efter gripandet efter 2016 års incident, matchade Houghs DNA prover som hittades på Janets kropp, vilket föranledde hans gripande och efterföljande rättegång i samband med hennes död.
När han talade om brotten från 1976 sa domare Lewis att Hough inte hade visat "någon som helst ånger för vad du gjorde mot den unga flickan".
"Du visste vad du gjorde... för din egen sexuella njutning."
Hough satt i fängelse i 12 år för dråp, åtta år för våldtäkt och åtta år för sexuella övergrepp - domarna kommer att löpa samtidigt.
Domaren sa att han tog hänsyn till att Hough var 16 år när han begick brotten.
Janet försvann när hon lämnade sitt hem för att bada den 7 januari 1976.
Fyra dagar senare hittades hennes kropp under en snårskog nära en skolas spelplan. Hon hade kvävts under ett sexuellt övergrepp.
Noel Jones, som då var 18 år, erkände mordet på henne och avtjänade hälften av ett 12-årigt fängelsestraff.
Trots att han aldrig har utmanat sin övertygelse, sa han till Houghs rättegång att han blev en syndabock av polisen för att han var en knappt läskunnig zigenare.
Hough förhördes efter Janets död men uteslöts av polisen efter att han sa att han stal bensin natten hon dödades - ett brott som han bötfälldes för.
År 2016 togs hans DNA av polisen i ett orelaterat ärende och en träff påträffades med prover tagna från Janets kropp vid den tidpunkten.
Juryn hörde att det var en miljard gånger mer sannolikt att tillhöra Hough än någon annan.
Chefsutredare Det Supt Iestyn Davies sa: "Mycket snabbt efter att hans DNA togs [2016] och skrevs in i databasen, det slog mot en brottsfläck från den 1976 utredning och det fick oss att helt återuppta fallet."
Trisha Foley, vetenskaplig stödofficer inom North Wales-polisen, berömde "förväntningen" av de forskare som då behandlade fallet.
"Det faktum att materialet placerades på rutschkanor och sedan ett glid lades över bevarade faktiskt detta bevis.
"För att få inte bara en profil utan en fullständig DNA-profil med en statistisk sannolikhet på en till en miljard att det matchade Stephen Hough, i den tidsskalan - det är ett betydande resultat."
Domstolen hörde att Hough hade ställts inför krigsrätt 1988 för grov kroppslig skada med avsikt medan han tjänstgjorde som soldat i Tyskland.
Han attackerade en hotellreceptionist och höll på att "snärja" henne när han blev störd av andra.
Han sattes i fängelse i fem år, reducerades genom leden och blev avskedad.
Det Supt Davies tillade: "Janet utsattes för ett fasansfullt, ihållande och brutalt sexuellt motiverat angrepp och påverkan på hennes familj, vänner och hela samhället var enorm.
"Nu sitter han i fängelse, där han med rätta hör hemma."
Janets farbror Derek Ireston beskrev sitt syskonbarn som ett "älskande barn, något blygt och blygt, men roligt att vara med".
Han sa Hough "Stole Janets framtid" och hennes mor Eileen har "slitit och lidit i 41 år".
Hans uttalande tillade: " Utredningen år 1976 tyckte jag var sjaskig.... Allt som vi lade fram som familj avfärdades.
"Vi känner också, som familj, för Noel Jones som också har lidit så mycket sedan 1976."
Den oberoende polisklagomålskommissionen undersöker hur North Wales-polisen hanterade den ursprungliga utredningen.
Iwan Jenkins, från kronåklagaren, sade: " De enorma framsteg som gjorts i rättsmedicinska tester sedan 1970 - talet var den viktigaste faktorn för att kunna väcka talan vid domstol.
"Våra tankar har varit med Janets familj under hela utredningen och rättegången. Nu vet de att mördaren äntligen har ställts inför rätta."
En man som våldtog och dödade en 15-årig skolflicka 1976 har fängslats i 15 år.