零式艦載戰鬥機(日本語:れいしき かんじょう せんとうき，英文:Mitsubishi A6M Zero，譯文:三菱零式戰鬥機，簡稱:零式戰鬥機，代號:A6M)，是日本20世紀30年代末期研制的一型戰鬥機。該機由日本三菱重工公司研制並大量生産，在第二次世界大戰期間(1940~1945年)，作爲日本海軍的主力艦載戰鬥機，被廣泛運用于中國戰場和亞洲、太平洋戰區。
零式艦載戰鬥機，因其服役時正是日本皇紀紀元2600年-年號最後兩位都是零而得名。西方盟軍則將其代號稱爲Zeke，”澤克”。後統稱爲”零”式戰鬥機。
在第二次世界大戰初期，零式戰鬥機以轉彎半徑小、速度快、航程遠等特點壓倒美軍戰鬥機。但到戰爭中期，美軍繳獲一架完整的零式飛機後，分析研究其弱點，並隨著P-51野馬、F4U海盜、F6F地獄貓等高性能戰鬥機的大批量投入戰場，零式戰鬥機的優勢逐漸失去。到了戰爭末期，零式戰鬥機成爲”神風特攻隊”的自殺攻擊的主要機種。
日本于2016年1月27日在海上自衛隊鹿屋航空基地(鹿兒島縣鹿屋市)進行了”零式”戰機複原機體的飛行試驗 ，引起世界媒體注目。
零式戰鬥機是二戰中日本侵略軍的主力戰鬥機。零式戰鬥機在1940年(昭和15年)正式由日本海軍采用時，該年正好是日本皇紀2600年，後兩個數字剛好是”00″，因此被稱爲零式戰鬥機，正式名稱是”零式艦載戰鬥機”，簡稱零式。在戰爭前期日本國民並不知道飛機的正確名稱。而報紙，廣播等在發表戰果的時候，只宣稱”陸海軍新銳戰鬥機”。美軍在1942年6月繳獲的零式上見其機身腋下有”零”字樣，而零在英語是”Zero”，後盟軍直接稱其爲”Zero”。
零式戰鬥機是日本産量最大的戰鬥機，此機由三菱重工設計，並由三菱重工與中島飛行機株式會社兩家業者共同生産，總計生産10449架，是所有日本戰機中生産數量最多的。總數中約有2/3爲中島飛行機株式會社生産。
惡魔的誕生
1937年，日本海軍發布了96式艦載戰鬥機後繼機的招標規格書，在中國戰場的實戰報告後，發布了規格書的修訂版:要求最大時速超過500公裏，航程3,000公裏，能在3分30秒內爬升至3,000米高空，機動性不低于96式，武器要求裝有20毫米機炮2門、7.7毫米機槍2挺;另外必須裝備一套完整的無線電設備，其中包括一具無線電測向儀。三菱公司在中島退出後獨自研制這一機型，在堀越二郎爲首的研制小組采用了戰場上很成功的零式戰鬥機爲原型機，進行全新設計和改裝，這就是零式艦載戰鬥機。
作爲九六式艦上戰鬥機的後繼機，在第二次世界大戰期間是日本海軍從1940年到1945年的主力艦載戰鬥機，從中國戰場一直使用到第二次世界大戰結束，整個太平洋戰區都可以見到它的蹤影，堪稱日本海軍在二戰時最知名的戰鬥機。
零式的創造者是日本三菱重工著名設計師堀越二郎，他1927年畢業于東京帝國大學航空工業科，曾在德國容克斯公司和美國寇蒂斯公司深造，他吸收了世界最先進的設計思想，在海軍的九六式艦戰的設計經驗基礎上設計出了這種全新飛機。
1937年5月19日，日本海軍向三菱與中島兩家公司提出一個名爲”十二試艦載戰鬥機計劃要求書”的艦載戰鬥機的設計案，准備取代剛剛進入服役的三菱九六式(A5M)艦載戰鬥機。”十二試”中的”十二”是指昭和十二年，”試”表明了這是一架試制機。當時兩家公司都以”昭和十一年度航空機種及性能標准”進行設計:
機種: 艦載戰鬥機
使用: 航空母艦(陸上基地)
用途: 1.攔截敵軍戰鬥機 2.擊毀敵偵察機
座位: 單座
最早的十二試艦戰計劃圖
機體特性:
速度以及爬升力優于敵軍的高速飛機，可對對方加以攔截;並且機動性可和敵軍戰鬥機空戰的優秀運動性
續航力: 普通滿載狀態發動機最大出力可續航1小時
武器:
20mm1-2門。如只裝設1門時必須追加7.7mm機槍2挺。攜帶彈藥量20mm機炮1門60發、7.7mm機槍1挺300發
通訊能力: 電報300海裏、無線電通話30海裏
實用高度: 3000-5000米
備注:
1.離著艦性能良好，起飛長度在合成風力10m/s時必須在70米內
2.使用副油箱時飛行時間可到6小時以上
3.可持續改良
4.必要時可搭載2枚30公斤炸彈
最後定稿的十二試艦戰圖紙對于戰鬥機續航能力與作戰半徑的需求，除了滯空時間以外實際要求規格內還有不得短于各種攻擊機的航程的規定，昭和11年時日本海軍對于攻擊機的航程要求:
艦載轟炸機:高度2000m、巡航速度160海裏以上，航程要求800海裏以上
艦載攻擊機:高度2000m、巡航速度140海裏以上，航程要求500海裏以上
陸上攻擊機:滿載狀態1300海裏以上
稍後彙整來自于中國戰場的經驗和需求，這架戰機的設計需求修改爲:
最大空速:270節(高度4000米，311 km/h，13125英尺)。
爬升率:爬升到3000米(9840英尺)高度花費9分30秒。
滯空時間:正常出力下可以維持1.5到2小時，經濟巡航速率下攜帶副油箱爲6至8小時。
武裝:兩門20毫米機炮，兩挺7.7毫米機槍，並且能夠攜帶兩枚60公斤(123公斤)炸彈。
航電設備:各種無線電設備，包括定向設備。
起飛距離:在17節頂頭風下必須少于70米。
機動性能必須和96式(A5M)艦載戰鬥機相同。
制造中的十二試艦戰三菱重工那時已是涉足造船、飛機生産和發動機制造等業務的的綜合性公司，在日本多處擁有工廠。三菱內部專門爲這個項目成立了設計小組，首席工程師是堀越二郎。
零式戰鬥機設計期間，三菱公司召開的新戰鬥機性能取向會上軍方代表曾有過爭論，一派認爲:空戰能力主要取決于轉彎格鬥性能，爲了格鬥性能必需犧牲航程與速度。而另一派則認爲:日本戰鬥機的格鬥性能優越，足夠對抗世界任何戰機，差的就是速度，日本戰鬥機應該著重解決速度與航程的問題，至于格鬥性能可以適當犧牲。一時間會場上出現了2種截然相反的觀念，誰也無法說服誰，只得休會。
由于這兩個需求過于嚴苛，尤其是必須兼顧8小時1300海裏以上的續航力與飛機機動性這兩項互相沖突的指標，中島公司在設計階段放棄競標，而三菱公司單獨進行設計。
試飛中的零式五二型1939年3月16日，三菱名古屋工廠完成了第一架十二試艦戰。新機被運送到位于國務院的陸軍訓練機場進行飛行測試。1939年4月1日，原型機由試飛員志摩勝三駕駛首飛成功，試飛結果非常成功，僅僅在機輪刹車，滑油系統方面發現小問題;另外飛行時有輕微振動，在更換了三葉恒速螺旋槳後振動消失。1939 年9月14日，日本海軍認可了原型機，正式編號A6M1，同時第二架原型機也完成了，10月通過了公司內部試飛。零式戰鬥機是日本飛機設計的重要裏程碑，它實現了多個第一，如首次采用全封閉可收放起落架，電熱飛行服，大口徑機關炮，恒速螺旋槳，超硬鋁承力構造，大視界座艙和可抛棄的大型副油箱等設備。
零式戰鬥機設計成功一個關鍵因素是日本住友金屬有限公司(Sumitomo Metal Industries Limited)當時合成了一種超級鋁合金，日本稱50岚金屬，這種鋁合金比鋼還硬，因爲有了這種金屬零式設計時就采用了很細的飛機框架，並且敢于在上面鑽孔減重 ，此外鉚釘尺寸也非常小，在能保證戰機強度的情況下大大減輕了飛機重量，如果沒有住友金屬的這種鋁合金，零式是根本生産不出來的。因爲有了超硬鋁合金，對飛機主桁梁進行革新，其抗拉強度好，耐疲勞強度更好，而且機體重量極輕。
零式采用了950馬力的中島”榮”12星型氣冷發動機，雖然相比于歐美同期産品並不出衆，但由于機體較輕，空重(21型)僅1680千克，時速達到了533千米/小時。零式的性能優勢最大來源就是輕，翼載極小，完全彌補了發動機動力的不足，而且保證了2200公裏的超大航程。同時由于輕，零式還獲得了非常快的爬升速度:每分鍾900米。完全超越了同期如F2A、F4F、P-40、噴火等歐美戰鬥機，其低速格鬥能力與轉彎半徑都優于同期歐美戰鬥機，令盟國飛行員很難從後接近零式的航線從而獲得開火機會;反之，零式戰鬥機出衆的回旋能力令零式戰鬥機在初期的近距離空戰中經常處于優勢。零式戰鬥機對搭載空冷發動機的戰鬥機而言擁有非常幹淨漂亮的氣動外形，並且擁有相當低的阻力，這不僅利于用較低的發動機功率獲得較高速度，對節約燃料也有好處。
零式戰鬥機裝備了2門九九式1型20mm機關炮，以及2挺九七式7.7mm機槍。20mm機炮每門攜彈60發、7.7mm機槍每門攜彈300發，火力大大超越了日軍原來裝備的的九六式艦戰，也超越了同期歐美戰鬥機的火力。對于與早期防彈不完備、結構也並不堅固的歐美戰機而言，20mm航炮的火力非常可怕。而之後零式生産型改用加長炮管的九九式2型機關炮，提高了穿透力、彈道特性與射程。
零式戰鬥機1940年3月11日，零式戰鬥機的第二架原型機在試飛時意外解體，機毀人亡。當時並未查清這次事故的真正原因，設計小組歸咎于翼梁和副翼平衡片設計上的缺陷。因此從第22架生産中的A6M2開始，機翼結構中引入了起加強作用的後翼梁。爲了適應日本海軍航母升降甲板的尺寸;從第65架A6M2起，采用折疊翼尖，折疊部分大約51厘米長，由地勤手動向上折疊。采用這些改進措施的飛機被定型爲零式二一型;從第128 架A6M2開始，副翼調整片配平機構連接到起落架收放裝置上，由于有了機械助力，高速飛行操縱副翼杆力大大減小，改善了高速時的操縱品質;從第192架A6M2開始，安裝改進的副翼調整片配平機構以修正副翼擺動的問題，零式就這樣邊改進邊生産。
爲了提高産量，1941年11月日本海軍命令中島公司在其小泉工廠生産零式21型。這對中島公司來說是個極大的恥笑，1938年以前，正是他們還認爲零式是天方夜譚。
十二試艦戰(A6M1)
十二試艦戰十二試艦戰作爲零式的原型機使用三菱瑞星13型雙重14缸空冷星形活塞發動機，驅動一具兩葉變距螺旋槳，瑞星13型最大起飛功率780馬力，3600米高度時最大功率875馬力，這種發動機後來在日本陸軍/海軍統一編號體系中的型號是 Ha.31/13。三菱瑞星13型被選中的原因是由于其重量輕、直徑小(盡管堀越二郎更加青睐功率更大的三菱金星46型發動機)。原型機機鼻上層結構中安裝了兩挺7.7毫米九七式機槍，機翼內安裝了兩門20毫米九九式機炮。
設計小組非常注重減輕重量，爲此采用了住友金屬公司開發的特殊輕質鋁合金，選用小直徑的結構鉚釘，並盡量簡化鉚接點;在構件上鑽出大量小孔減重，在那個年代，戰鬥機配備裝甲防護並不是國際流行趨勢。當時教條主義觀點認爲:戰鬥機唯一要素就是空戰，爲了在一對一的纏鬥中獲得先機，最好的防禦就是速度和優越機動性能，”加裝甲是懦夫行爲，因爲他會讓戰鬥機飛行員依賴”(海軍技術高層源田實語)而且日本航空界多數也支持這種聲音。掘越對此也曾經提出過異議。最終因爲苛求指標而放棄了辯駁。取消了飛行員的防護鋼板和自封閉式油箱，這些都成爲日後的致命缺陷。
原型機1939年3月完成，4月首飛，由于前兩架原型機三菱堅持使用自産引擎的結果是性能未達指標，因此從三號原型機起海軍審查部強行責令更換成中島”榮”12型發動機(一級增壓，定額高度輸出功率950馬力)。
零式一一型(A6M2A)
零式一一型戰鬥機通過進一步的試飛後發現A6M1在3800米高度時最大速度490公裏，比規格書中要求的略低，所以在1939年5月1日，按照先前約定海軍讓三菱公司在A6M1第三架原型機安裝中島榮12型發動機以提高性能。榮12型也是雙重14缸星形發動機，比瑞星13功率、重量、直徑都大一些。
三菱對使用競爭對手的發動機有些不情願，但也毫無辦法。換了新發動機的A6M1型號改爲A6M2。1940年7月15日，首架A6M2在日本本州機場首飛成功，試飛員志摩勝三。由于發動機功率的加大A6M2的性能全面超過了日本海軍嚴苛的要求，整個試制計劃提前一個月完成。加上3號原型機到8號原型機等6架，此型零式戰鬥機共生産64架。
侵華的日本海軍航空隊獲悉本土十二試艦戰研制成功的消息，立即申請裝備新戰機。1940年7月21日，15架預生産型的A6M2A在橫山保上尉及進藤三郎上尉率領下，編成兩個中隊，從九州直飛中國，加入駐漢口的第12海軍聯合航空隊。
A6M2A原型機線圖1940年7月，從9號機後的15架十二試艦戰進駐中國漢口機場，最終有40架十二試艦戰進駐當地。7月31日，日本海軍正式裝備十二試艦戰，在漢口當地調整後，十二試艦戰正式命名爲”零式艦上戦闘機一一型”，簡稱零式一一型。同樣以類似方式取名的，還有日本百式司令部偵察機。但零式戰鬥機的水上型號—二式水戰在1942年7月加入服役之後，日本海軍便廢除了這種冠名模式(例如1942年開始研制的零式戰鬥機後繼機A7M，便取名爲”烈風”)雖然定名叫艦載戰鬥機，但並沒裝上航空母艦降落所需的尾勾，僅能作爲陸基戰鬥機使用，實際定義上是偏向陸基普通戰鬥機的。
原本日本海軍將零式戰鬥機派駐到中國戰場的目的是以機場防衛爲主，但是零式戰鬥機的航程正好提供重慶轟炸的海航轟炸機最好的掩護。後續中日仍發生數場空戰，零式戰鬥機的壓倒性優勢依舊，這讓日軍在1942年以前以零式戰鬥機取得中國戰場的制空權。當時仍爲國府空軍顧問的陳納德雖然很快地向美軍提出報告警告日軍新銳戰機的壓倒性能，但當時美軍並未認真看待。
零式二一型(A6M2B)
零式二一型戰鬥機從零式二一型開始零式戰鬥機在機尾加上著艦鈎與遠航必須的無線電定位設備，成爲真正的艦載戰鬥機。日本空母的升降機僅比零式戰鬥機一一型的12米翼展稍寬，一旦有運送疏失很容易讓機翼受損;考量空母上運作的便利性是設計艦載機時必須考慮的要項之一，堀越團隊的解決答案是將兩側的弧形主翼翼端重新設計成能以人力向上折起50厘米的形式，以利于艦載作業。零式二一型是日本海航初期的艦載主力戰鬥機。擁有著名的坂井三郎、西澤廣義、笹井醇一等功名顯赫王牌的台南航空隊，最輝煌的時期也是以本機作爲主力。
太平洋戰爭初期，日本海軍有300架零式戰鬥機，其中有250架用于太平洋戰區，全部是零式戰鬥機二一型，參與了偷襲珍珠港和菲律賓攻略戰等戰役，到1942年時零式戰鬥機21型三菱生産了740架.中島生産了2821架，可說是太平洋戰爭前期的當家台柱。那時的盟國因准備不足，也缺乏對零式戰鬥機特性的正確分析，因此采用錯誤的一戰體系空戰戰術導致接連慘敗，因此可以說正因爲零式戰鬥機二一型的活躍造就了不敗的零式戰鬥機神話，其明灰色(今日考證爲饴色)塗裝也成爲零式戰鬥機神話的象征。盟軍自此型零式戰鬥機開始稱其爲”Zero”而對之投予高度的敬畏，並將此代號沿用至往後所有的零式戰鬥機系列。
1943年，橫須賀第一海軍航空技術廠曾試圖將渦輪增壓系統裝在兩架A6M2身上，並取名爲A6M4，但遭逢一連串的失敗後，計劃不了了之。
零式二一型練習型(A6M2K)
零式二一型練習戰鬥機零式二一型練習戰鬥機是零式二一型戰鬥機的雙座教練機，佐世保的第21海軍航空兵器工場應海軍17試招標書將一架單座A6M2改裝成了雙座型，學員在前座教官在後座。爲了容納後座艙，將座艙擴大，這樣擠占了機身油箱的位置，爲了平衡增加的而去掉了機翼20毫米機炮，去除了主輪的整流板。水平尾翼前的機身上附加了一小片垂直安定條。
雙座機定型爲A6M2-K，海軍評估後開始量産。自1943年11月起第21海軍航空兵器工場一共制造了236架A6M2K，日立公司千葉工廠自1944年5月起制造了272架。A6M2-K雙座教練機被廣泛使用在日本和台灣，另外A6M2K還被改爲拖靶飛機，把尾椎切除，每側機翼下都安裝了拖曳繩索容器。戰爭後期被改裝成神風機進行特攻。
二式水戰(A6M2N)
二式水上戰鬥機在1937年侵華戰爭爆發後，當時空戰技術還是在拼比回旋格鬥性能，具備良好機動性的水上飛機成功的和中國空軍戰機互角不說，甚至還有擊墜對手的成績，這讓日本海軍認爲未來水上飛機仍有用于空戰的潛力。在1939年決定開發專業的水上戰鬥機，代號”十五試水上戰鬥機”，也就是後來服役的”強風”水上戰鬥機。
不過，強風開發遭遇困境，沒辦法屆時服役;日本海軍在1941年決定南進政策後，非常需要在缺乏機場等基礎設施的南洋群島作戰，所以需要更多性能優秀的水上飛機。爲了盡速構成戰力，日本海軍打起了剛服役的優異戰機—零式戰鬥機的主意;日本海軍對中島飛機委托，要求它們將零戰一一型改造爲水上戰鬥機。之所以找上中島，一方面是因爲三菱重工當時正忙著量産零戰與一式陸攻抽不出空余;而中島在代工零戰，對零戰設計並不陌生，而且又研發過許多種水上飛機，實爲最適合的選擇。
中島在1941年初接獲命令後，由三竹忍工程師負責設計，以零戰一一型爲母體改造。經過11個月的改造工程，原型機在1941年12月8日首飛，測試結果良好;1942年7月6日正式定型稱”二式水上戰鬥機”。
量産的二式水戰主要配備給第海軍航空隊及第十四海軍航空隊(1942年改編號爲八〇二海軍航空隊)，北至阿留申群島，南邊在馬紹爾群島等地從事各種空中行動，包括攻擊敵軍基地、海上巡邏等。
不過，二式水上所謂的良好空戰性能終究是水上飛機標准，比起1940年代量産的戰鬥機與新型空戰概念沒多少優勢可言，了不起就只能作爲驅趕偵查機或轟炸機用而已。量産時間僅有1年，1943年9月便停産，這批戰機後續主要用于巡邏任務，也一些有作爲自殺特攻使用。到1945年日本戰敗時，日本國內尚存24架，不過這些落後的飛機盟軍也沒興趣帶回國內研究，剩余的機體在1945年12月集中焚毀。而二戰結束後僅有日本築前町立大刀洗和平記念館收藏二式水戰主浮桶，不過並未公開展示。
零式三二型(A6M3)
零式三二型戰鬥機
零式三二型1942年4月開始量産，吸收經驗更換裝有一級二速增壓器的榮二一型發動機(1130匹馬力)，一方面提升速度及爬升率，也稍微改善高空的輸出狀態。因引擎增重60公斤之故而使重心前傾，基于配重的理由將前機身的油箱容量減少以恢複機身縱向平衡。並將二一型主翼翼端可往上折疊的圓弧套件取消，直接改成方形翼端以縮短翼幅。這些改進減輕了航艦地勤人員的負擔，並使三二型借此提高了速度/加速性/滾轉率/俯沖速限，變得更適于和傾向高速打帶跑與擅用滾轉的美軍戰機對抗。但三二型爲提升空戰性能所付出的代價，是損失了續航力和惡化了失速特性。
原本零式戰鬥機不易進入失速尾旋的特性消失，不僅造成部分飛行員抱怨，同時很不湊巧的是，三二型服役的時間點正好是美日雙方頻繁地長距離來回跨島攻防的瓜達康納爾血戰，仍能算是長程戰機的零式戰鬥機三二型 減少的航程幅度卻恰好成爲戰略布局彈性上的致命限制，航空本部甚至爲此設立專案檢討”二號零式戰鬥機問題”。
基于以上諸多原因，順應前線改進呼聲而提升空戰性能 並調整了各項性能權重，身負諸多期待的”二號零式戰鬥機”卻因爲無法適應當前新戰局的改變，在前線使用者之間對該型號的評價呈現兩極化。
零式戰鬥機三二型的産量因此僅停留在343架。這也促成了長程化”零式二二型”誕生的契機。
但在之後日軍開始後撤的戰局下，三二型的航程問題不再明顯，反倒是與美軍戰機對戰相性上的優點漸漸突顯出來:
1943年春，根據小福田少佐彙編的”依據戰訓所成戰鬥機用法之研究”報告之中，提及”短翼展零式戰鬥機”在高速下滾轉性能較先前型號來得輕快，利于當前空戰戰局。
另外盟軍一向稱零式戰鬥機爲”Zeke”，但本型登場時因其翼端特征而使在空戰中多半僅能以剪影判別敵機的盟軍飛行員將其誤判爲敵方新機種,而賦予了新代號”Hamp”。美國海航于1943年6月修訂的日本軍機識別手冊中評價本型號爲”南太平洋戰區中最需要高度注意的日本戰機之一”。可以說一定程度上肯定了該機的威脅性。
零式三二型的翼內炮仍是九九式1號炮，但改良彈鼓將炮彈基數增加至100發。
零式二二型(A6M3)
零式二二型戰鬥機零式二二型是爲了彌補三二型在航程運用上的問題而急遽開發並投産的型號。自1942年末開始生産。全爲三菱制造。
該機以先前的三二型爲基礎，在左右翼內各加上一個45升油箱，爲彌補增加的重量 並依據部分駕駛員對三二型方形翼端的失速特性之抱怨，改回二一型的長翼展弧形翼端主翼，恢複了失速特性的同時也透過增積將三二型升高的翼負荷補償回來。
此舉確實增加了航程，但滾轉能力與俯沖速限則又退回二一型時的原點。即使如此，因爲同時擁有三二型強化過的新動力與近似二一型優良的回旋特性，仍有部分駕駛認爲二二型是最均衡的零式戰鬥機(以當時戰局而言)。再次不湊巧的是，由于投入戰線的時間點正好是所羅門諸島攻防戰的中期，日軍在所羅門諸島分設了多處前線基地，特意增加的航程在此時顯得意義薄弱…
九九式1號(上)和九九式2號(下)零式二二型的後期生産型改用加長炮管的九九式2號炮，此謂零式二二型甲。此種提高貫穿力、彈道特性與射程的新款機炮，之後也用于零式戰鬥機五二型。
零式五二型(A6M5)
零式五二型戰鬥機
1943年初，日本面對的戰爭形勢越來越惡劣。美軍投入了新式戰機:陸軍的P-38閃電，海軍F6F地獄貓和F4U海盜。
P-38重型戰鬥機在1942年8月的阿留申戰場和1942秋的新幾內亞戰場首次參戰的戰鬥。P-38有著卓越的高空性能，重火力和高俯沖速度。美國海軍的F4U海盜在1943年2月13日奇襲布加因維爾島的行動中首次參戰，與戰爭中後期的美國戰機一樣，F4U海盜高空性能出色、結構堅固、重火力，特別注重對飛行員和油箱的保護。而美國海軍的F6F地獄貓在1943年9月1日首次出戰，當日就擊落了日軍一架二式大艇 。1943年11月11日，F6F與F4U的混合編隊在拉包爾上空與日本戰鬥機隊進行了猛烈戰鬥，擊落了近50架日軍飛機。F6F安裝有防彈玻璃，要害處都有裝甲，提升了飛機受損後的生存能力。
在A6M4失敗後，由于原本預定取代零式戰鬥機的後繼機A7M”烈風”在發動機問題上持續無法解決、開發進度嚴重落後;此致命問題使烈風無法順利在1943年開始量産，繼而取代零式戰鬥機成爲新一代的海軍艦載主力戰機。于是三菱開始了A6M5的研制，爲了追求更好的戰鬥性能(特別是俯沖速度)，第904架(A6M3)零式被用來改裝成A6M5原型機。
這項工程由原堀越二郎零式研制小組成員高橋氏負責，堀越這時正全心投入J2M雷電的研制。A6M5改進很大，主翼重新設計，翼面蒙皮更結實，翼尖仍爲圓形，但不可以折疊。機翼與A6M332型類似，翼展11米，翼面積21.3平方米。A6M5各改型中逐步強化機身結構以及加裝防彈裝甲與自封油箱，A6M5保留A6M3的武器、機翼油箱和發動機，另外爲每個氣缸配備了單獨的排氣管，增加了一些額外的動力。
1943年8月A6M5首飛，盡管A6M5比A6M3型重了200千克，由於換裝較大馬力發動機的希望落空，在不得不繼續采用原有的榮二一型發動機，卻又迫切需要提升性能之下，三菱使用了較新理論的技術，將整流罩葉片下的排氣管改爲分離短樁式(即所謂獨立式推力排氣管)，在馬力不變的情況下藉廢熱排氣推力把A6M5在6000米高度最大平飛速度提高至565公裏/小時，更重要的是最大俯沖速度達到了660公裏/小時。
日本零式戰鬥機雙視圖真正造成零式戰鬥機後期型印象不佳的背景因素，乃肇因于零式發動機功率沒有美軍來的大，造成美軍的F6F可以在急速俯沖下擺脫零式的追擊，但是在日本換裝同等級功率的紫電與紫電改之後F6F便不再擁有馬力優勢。零式二一型的好評除了操控輕巧以外，另一重要原因就是當時面對的盟軍戰鬥機無論在爬升率或回旋性能上都遠遜於零式，且盟軍對零戰的認識不足又使用了錯誤的戰法，造成零戰初期在太平洋與中國戰場勢如破竹。
1943年秋A6M5進入一線單位服役，海軍型號零式艦上戰鬥機五二型。日本人滿以爲憑借A6M5能奪回性能優勢，但是又碰上美國海軍的F6F地獄貓，F6F是第一種在機動性上能與零式匹敵的美國戰鬥機，另外還繼承了速度快、火力猛、裝甲厚的優勢。
1944年6月，A6M5在馬裏亞納海戰首次參戰，6月19日，108架A6M5爲攻擊斯普魯恩斯的第58特遣艦隊的魚雷機和俯沖轟炸機編隊護航，但是在F6F地獄貓的阻擊和美艦隊防空火力的打擊下，日本損失了近300架飛機，日本海軍大傷元氣，此後再無力組織有效的空中攻勢。這就是著名的”馬裏亞納獵火雞大賽”。
A6M5有許多非正式的改型。爲了對付B-29轟炸機，一些前線野戰機場的A6M5飛行員座艙後安裝了斜射炮–一門30度角安裝的20毫米機炮，這樣A6M5就可以水平飛行攻擊B-29柔軟的機腹了。還有一部分A6M5拆除機腹下的可抛式副油箱，換成250公斤炸彈，執行俯沖轟炸任務，不過炸彈挂架老出問題，炸彈經常無法投擲，很多A6M5只能攜彈返回基地，有些燃料耗盡後只能迫降到海中。炸彈挂架對于用來神風特攻的A6M5來說不成問題，1944年10月26日，基地位于菲律賓的201航空隊首次對美軍艦艇發動自殺攻擊，領隊關幸男。自殺機一開始是改裝過的老舊A6M2，以後使用改裝的A6M5，俯沖速度更快，威力更大。
這些自殺攻擊戰績顯著，于是日本成立了更多神風特攻單位，主要裝備是改裝過的零式，機腹挂載一枚250公斤的炸彈。美軍損失的艦艇有半數是被自殺機撞沉的，但是瘋狂的神風特攻並未能阻擋美軍向日本本土挺進的腳步。
盡管性能比不上F6F地獄貓和F4U海盜，機體性能的差距固然是主因，但日方新手駕駛員的飛行時數開始不足導致技術低落、而美方卻因爲先前主力的F4F等機種生存性高而保全了相當數量的曆戰老手，經驗得以傳承給新進人員外也能在換裝新機種的當下就駕輕就熟的采用正確戰術發揮威力，敵長我消的態勢下使得零戰五二型的劣勢更加顯眼，提前宣告了此機種從登場開始即告落伍的事實。
即使如此，原屬應急的零戰五二型系列在海軍後繼機種的開發與服役皆嚴重延遲的困境下不得不延命發展，使其成爲零戰系列中産量居冠者。
零式五二型甲/乙(A6M5A/B)
零式五二型甲
出于對更強火力和更高俯沖速度的要求，1943年末，出現了零式五二型甲，它繼承了五二型的厚蒙皮機翼，最大俯沖速度達到740.8公裏/小時，幾乎達到了歐洲同時期的標准。並將彈鼓供彈系統改爲彈鏈供彈，因此更能妥善利用翼內空間 得以將每門機炮的彈藥基數由100發增加至125發，機翼20毫米99式2號炮3型機炮改成99式2號炮4型。A6M5A甲型于1944年3月開始交付，三菱一共生産了391架，中島也有生産，數量不祥。
之後，又出現了改良的零式五二型乙，乙型把機首右側機槍由7.7mm口徑九七式機槍改爲13.2mm口徑三式機槍，因此鼻罩變成右邊是大槍孔而左邊是小槍孔的不對稱布局。在油箱和發動機加上自動滅火器，座艙罩的前風擋正中央改用防彈玻璃，並將座椅後方的8mm防彈鋼板列爲選用套件，另外乙型還可以在每側翼下挂載150升副油箱。三菱共生産470架，中島數量不祥。
自零式五二型開始，一向給人印象脆弱的零式戰鬥機在遭受美軍6挺12.7mm機槍多次射擊後沒有起火或爆炸，駕駛員存活的紀錄與證言開始增加。
零式五二型丙(A6M5C)
零式五二型丙這時候三菱方面改任佐野榮太郎爲設計師。零式五二型丙把當時已近乎是”無效火力”的九七式7.7mm機槍取消，而把13.2mm的三式機槍增至三挺(保留機鼻右側的一挺、並追加兩挺在翼炮的外側位置)，同時將座椅後方的防彈鋼板列爲標准配備，還可以選擇裝備保護駕駛員後頭部的55mm厚防彈玻璃。後機身內增設140升油箱以彌補大幅增重下的燃費損失，機翼下加上火箭發射架則可選擇將火箭空射藉以攻擊大型機或對地炸射時增加打擊力，提升了實用性。但這些增設裝備令零式戰鬥機的重量暴增。
設計師當然知道要相應的提升動力，以盡可能的縮小性能減損幅度:原本預定換裝三菱的金星62型發動機(1350匹馬力)但後來考慮到後勤整合性與引擎直徑後，又計劃改裝具備甲醇/水混合液噴注加力裝置、能在不修改機鼻整流罩前提下直接提升輸出的榮31型發動機。但最終兩者的開發都出問題而使安裝計劃落空，五二型丙唯有續用榮二一型發動機苦撐。
動力不變而重量暴增之下，理所當然地嚴重影響了飛行性能。當時受領的使用單位不是將其規劃爲對付轟炸機用的攔截機，就是私下拆去翼內的機槍和防彈鋼板 當成先前的五二型甲/乙使用。也因此零式五二型丙被普遍認爲是零式戰鬥機系列當中飛行性能最差的。(事實上本機型的飛行性能還不是零式全系列中最差的)
零式五二型練習型(A6M5K)
零式五二型練習戰鬥機零式五二型練習戰鬥機是零式五二型戰鬥機的縱列雙座教練型，編號A6M5K，外形與A6M2K相似，也是由佐世保的第21海軍航空兵器工場設計，項目開始于1944年8月。研制成功後日立公司負責生産，但産量稀少，到1945年3月只生産了7架。由于太平洋戰爭局勢的惡化，需要更多的作戰飛機，A6M5K這種教練機便停止生産。
零式六二/六三型(A6M7)
零式六二/六三型以零式五二型丙爲基礎改進而成的戰鬥轟炸機型，亦稱”零式爆戰”。
計劃中將搭載榮三一型發動機的五三型作此項改裝後稱之爲六三型，改裝榮三一甲 / 乙型發動機的五二型丙作此項改裝後則稱之爲六二型。但因具備注水加力系統的榮三一型發動機 其開發延至此時妥善性依然無法過關，安裝計劃持續跳票導致實際服役的六三型與六二型幾乎沒有不同。
于是在動力沒有變更、重量卻更進一步超越先前五二型丙的狀況下，零式戰鬥機六二型擁有了全系列最高的火力/防禦/泛用性，卻也沒有哪項性能足以勝過同期對手，成了實際上零式戰鬥機家族中真正的最低飛行性能版。
主要變更點爲:
- 將機腹中線下的副油箱挂架改爲250公斤炸彈挂架。
- 兩翼下方則各自追加一個可以攜挂150升副油箱的挂架 以補回燃料攜帶能力。
- 設計上爲了滿足俯沖轟炸的需求，不僅水平尾翼的內部結構強化，下部機身的蒙皮也同時增厚。
1945年5月，A6M7定型爲零式六三型，並開始量産。三菱和中島都匆忙生産A6M7，以滿足海軍對俯沖轟炸機的需求。與早期零戰在野戰機場臨時安裝的炸彈挂架相比，A6M7的挂架可靠性很高。但在戰爭末期這等性能水平的零式戰鬥機顯然難有作爲，加上此時海軍的主力戰機已轉換爲其他更高性能的機種，故本批次的零式戰鬥機最後多半淪爲神風特攻隊的自殺飛機。
二戰結束後，日本在滋賀縣的琵琶湖找到一架零式六三型，現陳列在京都。
零式五四/六四型(A6M8)
零式五四/六四型三菱重工在戰爭後期嘗盡因應戰局必須不斷對零式戰鬥機追加裝備、但該機發動機的動力輸出始終不能相應提升 造成其性能不斷低下的苦果，因此多次向海軍要求許可該廠”在零式戰鬥機機身能相容的前提下、搭載馬力盡可能強大的新式發動機” (其實就是不願受競爭對手中島牽制，想盡早換裝回自廠産品)。最後終于得償所願:
此發動機即是經過多次增強動力的試驗，成熟的末期版”金星六二型”發動機。擁有1500馬力的定額輸出，甚至在經過調校後輸出功率能達到1560馬力。
即使阻力和重量明顯增加，試飛成績依然尚稱不惡(至少將零式戰鬥機的空戰性能恢複到與未增重的初期五二型相比 約略同等或以上的水平)，擁有全系列中最佳的速度與爬升力。因引擎直徑擴大而不得不撤去機鼻右側的13.2mm三式機槍。在恢複甚至稍微提升空戰性能後 該機亦保留了末期五二型的機身強度與防禦水平。改裝計劃一度順利到進行了改裝扳機電門，使得槍炮協同發射之類次系統的細部檢討階段。
零式戰鬥機改裝長期備受爭議的金星發動機而造成預料中航程大減的後遺症，在當時日本已陷入本土防空戰的局面下也已不再被視爲問題。三菱方面稱本型零式戰鬥機爲”順應戰局的正確進化”，海軍上層對此結果亦表接受。因此授予此款搭載全新發動機的零式戰鬥機制式編號A6M8，命名爲零式五四型。預定量産化後將稱之爲零式六四型。
1944 年 11 月，使用金星發動機的 A6M8 原型機通過評估。由于三菱 1560 馬力的 MK8K 金星 62 發動機直徑比榮式大，所以重型設計了零式的前機身，並去掉了安裝在機鼻的機槍。同時改進了油箱的自動滅火系統，並增加了油箱容積。與 A6M7 相同，A6M8 機腹挂架可以挂載一枚 500 千克炸彈，機翼下可挂載 150 升副油箱。
1945年4月，生産出了首架A6M8。飛行測試發現燃料和化油系
零式戰鬥機系統存在諸多問題，並有發動機過熱傾向，這架飛機不得不返廠修改。通過擴大滑油罐，修改管線設計，並安裝合適的發動機冷卻導風板，才排除這些缺陷。1945年5月25日，這架A6M8在青森完成了服役測試，海軍定型爲零式六四型投入生産。第二架原型機6月完成測試，7月這兩架飛機都送往橫須賀測試航空隊。三菱和中島都打算生産A6M8，總共預定生産6300架，不過由于戰爭最後幾個月的混亂情形，A6M8並未正式交付。折疊首戰璧山
在中國作戰的零式一一型1940年7月15日，三菱十二試艦戰在本土完成了全部測試，在山口多聞和大西泷治郎的強烈要求下，7月21日十二式試艦戰從日本本土經上海、南京、安慶達到漢口，加入第12航空戰隊。到達中國後10天，十二試艦戰有了一個正式的名號:A6M1零式戰鬥機一一型。1940年8月19日，零式開始了在中國上空的作戰飛行。
1940年8月19日，12架零式戰鬥機一一型爲30架轟炸重慶的九六式陸攻護航，中國空軍避而不戰。次日，零式戰鬥機一一型同樣爲50架轟炸重慶的九六陸攻護航，中國空軍爲保存實力也未接戰，令身負零式戰鬥機實戰驗證職責的日本軍方大失所望。9月12日，12架零式戰鬥機又飛至重慶上空搜索，仍未遭遇中國戰機，接戰不成的日軍飛行員憤怒地用機槍向中國機場掃射。
一般說來，根據口頭報告盡管8月之後中國和蘇聯飛行員與某種新型戰鬥機有所遭遇，但是一般都把1940年9月13日的璧山空戰記錄爲零的初次大規模出擊。
1940年9月13日，星期日，零式編隊上午8點半時從漢口起飛，9點半時降落在前進基地宜昌進行加油和飛行員休息。12點，編隊再次起飛，顯示了下午1點10分與中攻隊(27架)彙合，並于20分後結束對重慶的轟炸開始返航。根據日方記錄，約20分鍾後，日軍97司偵偵察機發現了中國空軍的戰鬥機編隊，日機再次轉向。下午2點，日機在6500m高度發現了5000m高度的中國空軍的I-15編隊和隨後的I-16(共計30架)，即開始發動了突襲。
913空戰返回漢口的飛行員(中爲進藤三郎)對于具備高度優勢又有裝備優勢的日本戰鬥機來說，這無疑是一次一邊倒的戰鬥，隨著天空的逐漸平靜，日機陸續返回了宜昌，最後一架北畠三郎戰機于下午4點20分降落。通常情況下，日本出版物對這次戰鬥的戰果記錄爲擊落30架，也有些則記載爲擊落27架，自身無一損失。這個戰果是怎麽來的呢?指揮官的進藤大尉聚集12名參戰飛行員，把大家彙報的戰果進行了統計，並結合自己從高空觀察到的情況，形成了戰果詳細報告，根據這份報告，新聞報道也進行了大量的宣傳。
以下是當時日軍方面記載的戰果:
姓名 軍銜 戰果詳細報告 新聞報道 備注
進藤三郎 大尉 I-15×1(確實) 1架 隊長機，最初擊中了一架E16(楊
夢青上尉)，然後擊落了I-15一架(王廣英
中尉機) ，與光增，山谷，平本機一起返回
回宜昌。
北畠三郎 一空曹 I-16×1(確實) 最初的一擊就使中國空軍右翼
I-16×1(不確實) 2架 的一架E16空中解體
I-15×1(地上擊破)。
大木芳男 二空曹 I-16×2(確實) 擊落的第一架E16是中國空軍楊夢
I-15×2(確實) 4架 青上大尉的帶隊長機
I-15×1(不確實))
藤原喜平 二空曹 I-15×2(確實) 1架
山下小四郎空曹長I-15×2(確實)
I-16×1(確實)
I-15×2(末田機一起同)5架
I-15×2(地上擊破)
末田利行 二空曹 I-15×3(確實)
I-15×2(山下機一起同)1架
I-15×2(地上擊破)
山谷初夏 三空曹I-15×3(確實) 2架
I-15×1(3機共同)
9月13日行動後進藤三郎得到的嘉獎狀白根斐夫 中尉 無 1架 掃射跳傘後王廣英中尉的家夥，遠離內閣書記官白根竹介的兒子。
光增政治 一空曹 I-15×2(確實)
I-15×1(3機共同) 2架
岩井勉 二空曹 I-15×2(確實)
I-15×2(不確實) 2架
高冢寅一 一空曹 I-15×1(確實)
I-15×2(不確實) 3 架
I-16×1(不確實)
三上一下 二空曹E15×2(確實)
I-16×1(確實) 2架
I-15×1(不確實)
平本政治 三空曹I-15×2(確實)
I-15×1(3機共同)
指揮官進藤上報的戰果和宣傳媒體的報道，顯然産生了差異，爲什麽呢?也許白根斐夫中尉的家庭背景，是産生這種區別的原因。應該說，當時零式戰隊沒有幾個空戰老手，有半數飛行員甚至在空戰開始的時候忘記丟掉了副油箱。
根據當時的中國空軍的記錄，出擊第三，四大隊的I-15 25架，I-16 9架，在空戰中13架被擊落，11架受傷迫降，飛行員戰死10人，負傷8人。在後來的宣傳中，這次出擊被渲染爲27:0的戰鬥。事實上，戰鬥中大木，藤原，高冢，三上的戰鬥機均中彈受傷，在宜昌著陸時，高冢機因爲起落架受損，在迫降時損毀，因此實際損失應該是損失1架(當然，零損失也可以強辯爲在空中戰鬥時沒有一架被擊落 )。
在中國作戰的零式一一型在接下來的幾個月中，零式共擊毀99架中國飛機，自身僅有兩架因爲地面起火而損失。在中國服役的預生産型 A6M2 後來都被最初生産型所取代。在零式投入中國戰場一年後，由于無法從戰場上搞到一架零式甚至是殘骸，中國空軍仍無法一窺零式的奧秘。克萊爾.李.陳納德，著名的飛虎將軍，時作爲美國陸軍航空隊退役軍官來幫助重新組織士氣低落的中國空軍。他注意到中國戰場上出的日本新式戰鬥機，並立即向國內報告，但這份報告沒有引起當局的重視，盟軍仍然對零式一無所知。
按照日方的記錄，零戰第一次被擊落是1941年5月20日在成都上空，12航空戰隊飛行員木村一一空曹斃命;6月23日，12航空戰隊的小林喜四郎一等航空兵在蘭州上空被擊落，擊落他們的均爲地面高射炮，而不是中國空軍的戰鬥機。9月15日，日軍12航空戰隊，14航空戰隊解散。
太平洋戰
零式戰鬥機是日本陸海軍航空兵二戰期間最著名的飛機，也是二戰日本飛機的招牌型號，在太平洋戰爭中自始至終都是戰鬥的主力。在太平洋戰爭初期，零式對盟軍飛行部隊造成了空前的災難，給予了盟軍最大的震撼，戰爭初期日軍僅有300架零式，其中250架投入了太平洋戰場，就憑借這區區250架零式，日軍在開戰後幾個月時間把盟軍在太平洋地區的戰鬥機部隊消滅了2/3。當時盟軍飛行員駕機起飛迎擊零式時，無論飛行員還是指揮官都明白，戰機飛出去以後八成是回不來了。
1941年12月7日，日本偷襲珍珠港，太平洋戰爭爆發，這時的日本海軍已經擁有超過400架精銳的零式，大多數是21型。在偷襲珍珠港作戰中，零式從航母起飛，爲第一波攻擊的B5N2 九七式魚雷機和D3A1 九九式俯沖轟炸機護航，掌握制空權後，零式也掃射機場跑道，防空火力點和其他一切目標。零式在空戰中擊落了4 架美國戰鬥機，還給珍珠港的地面設施造成了極大的破壞。此役中日本損失了8 架 A6M2，大多數是被對空火力擊落的。
1941年12月8日，駐台灣南部的日本陸基航空兵大舉空襲菲律賓。84架A6M2護送54架G4M1 一式陸攻和54 架G3M2 九六式陸攻襲擊了克拉克，美軍飛機緊急起飛迎戰，被擊落15架，另外還有50架被摧毀于地面，一天內日軍就基本消滅了美國在菲律賓的空中力量。這次奇襲中，零式采用低速省油飛行方式，直飛菲律賓，美軍完全沒想到日本已經擁有了續航力如此強大的戰鬥機，大爲震驚。在菲律賓上空首開紀錄的是後來的日軍王牌坂井三郎下士，擊落一架P-40戰鬥機，這已是他的第三戰績了，前兩次戰績是在中國戰場取得的。兩天後，坂井又擊落了一架B-17轟炸機。12月13日爲止，美軍大勢已去，A6M2開始使用機炮掃射地面目標，僅僅3天，零式就掌握了菲律賓的天空。
(如今有一種不權威的聲音，假如德國空軍當時的Bf-109擁有零戰相同的航程，那麽整個歐戰將從此改觀)
太平洋戰爭初期，日本的零式戰鬥機性能超過所有盟軍飛機，特別是其機動性和續航力無人能比。當時美國的F-2A水牛、F-4F野貓、P-40小鷹等飛機，面對零式一籌莫展。在香港、新加坡、菲律賓、東印度甚至印度洋，由于零式的傑出性能，再加上經驗豐富的日本飛行員，零式戰鬥機統治了整個的天空，爲日軍的登陸作戰打下了良好的基礎，而攜帶炸彈的零戰也可以作爲戰鬥轟炸機使用，有”萬能戰鬥機”之稱。
1942年3月8日荷蘭停止抵抗。隨後零式開赴新幾內亞和所羅門，在這裏A6M2 除了P-40B戰斧外，還遇到了貝爾P-39、P-400(飛蛇式出口英國型)戰鬥機。由于其高空性能太差，P-39的表現令人汗顔!坂井三郎吹噓道:任何稍具經驗的飛行員駕駛零式都能輕易擊落P-39!于是英美空軍一怒之下將P-39掃地出門，扔給了蘇聯空軍作爲對地攻擊機使用。
零式神話
零式戰鬥機曾經在太平洋戰爭初期産生所謂的零式戰鬥機神話，被視爲不可能被擊敗的無敵戰機。這個神話造成來自幾種不同的因素:
1.西方國家當時普遍不相信一個東方國家造的戰鬥機性能可以達到一個超過他們想像的水平。
2.雖然陳納德已把有關零式戰鬥機的性能情報交給美國，但卻未受到重視。
3.初期與零式戰鬥機遭遇的時候，飛行員普遍使用錯誤戰術以及受到經驗不足的影響。而這與盟軍將太平洋戰區視爲次要戰區的態度也有關系。
4.戰爭初期日本海軍航空隊的飛行員訓練紮實、實戰經驗豐富。根據美軍官方文件表示，戰爭初期的零式戰鬥機與美軍戰鬥機的交換比(Kill Ratio)爲1:6。
艱難挑戰
在太平洋戰爭的頭3個月內，日本海軍的200架A6M2在與荷蘭、英國、美國、澳大利亞的F2A水牛、F4F野貓、CW-21B、霍克75A、P-40戰鷹的空戰中大獲全勝。當時美國海軍的標准艦載戰鬥機是格普曼F4F野貓。A6M2與F4F相比，無論在速度、爬升率和機動性上都全面占優，但野貓的火力更強，機體更堅固;兩者的俯沖速度旗鼓相當。A6M2 的翼載很小，轉彎半徑比野貓小得多，這使得A6M2在空戰中能搶先占位擊落野貓。12月8日，日本進攻擊威克島，8架野貓被摧毀于地面。剩下的野貓英勇抵抗了2星期，粉碎了日軍數次空中攻擊和一次海上入侵。不過，他們被優勢的日軍戰鬥機所壓倒，12月22日，美國人損失了最後兩架野貓，很快威克島就落入了日本人手裏。
美國的野貓飛行員在付出慘痛代價後發展出對付零式的有效戰術。其中一種是”剪刀交叉”又稱”薩奇交叉”，得名于VF-3中隊指揮官約翰.s.薩奇少校。在這種戰術中，兩架野貓互相交叉飛行，互相掩護對方尾部，這樣零式即使咬住其中一架野貓式，同時另一架野貓也咬住了零式，頗有”螳螂捕蟬，黃雀在後”的味道。另外在大編隊作戰中，野貓飛行員被提醒要盡可能保持高度，俯沖攻擊敵機編隊，然後利用俯沖的速度優勢脫離再爬高，准備進行下一次攻擊。總之”盡量避免與具有機動性優勢的零式近距空戰”。
開戰6個月後在珊瑚海戰役中，零式戰鬥機終于受到了F4F野貓戰鬥機強有力的挑戰，但不是飛機性能而是團隊戰術:零式戰鬥機大多單打獨鬥，而F4F戰鬥機以2機一組協同作戰。至此零式戰鬥機裝甲較薄弱、發動機功率較低的弱點逐漸暴露出來。
在那段日子中盟軍唯一的亮點就是飛虎隊–美國援華志願航空隊。1941年12月20日，日軍空襲昆明時，飛虎隊首次參戰。飛虎隊的P-40B都繪有嚇人的鲨魚嘴，借以打擊日軍飛行員的士氣。雖然P-40B機動性不如A6M2，但俯沖速度要快很多。利用這項優勢，飛虎隊采用高速俯沖，打了就跑的戰術，避免與零式糾纏。在1942年飛虎隊並入第14航空隊前，他們已經摧毀了286架日本飛機(包括空中與地面的)，自己僅損失13名飛行員。
意外禮物
美軍繳獲的第一架零式戰鬥機1942年6月，對于盟軍打破零式稱霸天空所向無敵的局面來說是個重要日子。中途島戰役，載滿燃油的零戰在即將起飛前被擊毀于航母飛行甲板上，這也是零戰從得意到失意的一個轉折點。6月3日，古賀忠義兵曹長駕駛一架零式從龍骧號起飛對荷蘭港進行襲擊，返航途中發現飛機燃料發生泄漏，無法返回母艦，不得不緊急迫降在一個荒島阿庫坦島的苔原上。松軟的苔原陷住了機輪，機身翻倒，折斷了古賀忠義的脖子。5周後，一支美國搜索隊發現了這架飛機和倒吊在座椅上死去的古賀忠義。飛機除了燃料箱上被地面機槍擊穿兩個洞外，幾乎完好無損。這是美軍在太平洋戰爭期間最重要的繳獲品。美軍立即將飛機裝箱運回美國，修複並進行試飛，通過試飛尋找對付零式的辦法和針對零式的特點設計新型戰鬥機。
美軍進行了數次試飛之後，得出了結論:
1.零式的爬升率和轉彎半徑極好，能輕易超過F4F野貓和P-40，在低空時用這兩種飛機和零式進行纏鬥無異于自殺。但如果在高空時，零式優異的垂直機動性能開始惡化，原因是副翼的動作出現呆滯，反應變緩。(主要是由于機體強度不足，導致高速時易發生副翼反效。)
2.零式的俯沖速度不快，在戰鬥中如果被零式咬尾，應立即以高速度俯沖並滾轉，通常可以擺脫。被咬住的零式能通過做小半徑轉彎輕易擺脫，所以盟軍飛行員一定要保持高速，避免陷入低速糾纏。但切記不可使用爬升手段擺脫，也不要追擊急劇爬升的零式，否則死路一條。由于零式采用的中島榮12星型氣冷發動機采用浮動式化油器的設計，高速俯沖時易造成發動機熄火(這個問題在零式系列型號中一直沒有解決)。另外零式機翼結構存在嚴重缺陷，俯沖速度受到限制，如果速度過快飛機很容易解體。
3.零式爲了減輕重量，沒有安裝自密封油箱和任何自動滅火裝置，飛行員也沒有裝甲保護。
當零式性能解密以後，美軍飛行員利用零式俯沖能力不好的特點，對零式護航的日軍轟炸機采取打了就跑的突擊手段，可以避免零式的截擊，使得零式的護航效果大大降低，並且通過俯沖逃跑的手段避免了被零式擊落。這個戰術的應用使美軍在F6F與P47/51服役以前，無數的飛行員得以在零式的炮
零式戰鬥機(圖畫)口下逃生，並且給予了日軍轟炸機部隊沉重打擊，有效的扭轉了空中不利局面。
1942年10月26日，A6M2在聖克魯斯進行了最後一次空戰，隨後A6M2被A6M3所取代。淘汰下來的 A6M2分配到二線單位和訓練單位。1943年中，零式戰鬥機從性能和飛行員水平已不是美軍使用新式的F6F和F4U戰鬥機的對手，特魯克空戰中的零式幾乎成爲了被獵殺的飛鳥。零式的快樂時光就一去不複返了，在戰爭的最後一年裏，這些陳舊的零式大多被改裝成神風特攻機與狂熱的飛行員一起”玉碎”了。
1945年，蘇軍解放中國東北三省，蘇軍使用的拉-7戰鬥機多次擊落零式戰鬥機，奪取東北三省的
零式戰鬥機俯沖攻擊制空權。零式在設計上要求低翼負荷，飛機重量必須刻意地降低，導致結構強度不足以適應高速下大幅度動作産生的應力，機體發生部分結構解體的情形很常見。零戰無法高速俯沖的問題從一開始就沒有實際上解決過，結構強度不足同時也導致飛機承受戰損的能力不高。而當時日本的發動機技術不如其他航空先進國家，使得零戰的性能必須以降低機體重量來達到，惡化前一點提到的結構強度問題。
零戰的控制面在高速下副翼操作變得非常僵硬，導致運動性能嚴重降低，這個情況從大約220英裏(約370km)/時的空速開始出現，超過300英裏/時的空速下，操縱杆需要施加非常大的力量方能移動(依據某些零戰駕駛員的實戰證言，超過500km/h時的杆力大到需要兩手 +一腿的程度才能扳動)。也就是說，中高速度範圍下的運動性能明顯不如同速度等級的盟軍戰機，而後期面對更高速等級的新一代英美戰機時差距更是大到絕望(幾乎成了炮灰)的程度。
初期零式裝備的九九式20毫米機炮的炮口初速不高，彈道彎曲，實際上射程比美國的0.50英寸機槍還低，因此被美軍戲稱爲”小便炮”。加上彈藥數量少(初期僅有60發)，對經驗較少的飛行員來說只夠一到兩個長點射，還在摸索前置量時彈藥已然耗盡，實戰效果極低。而7.7毫米機槍口徑與威力太小，無法穿透許多戰機的裝甲板，甚至難以傷及結構，需要非常高密度與長時間的命中方能生效。
零式最大的問題是當初設計時沒有留下足夠的升級空間，飛機設計得太小，無法安裝體積較大的發動機，而小尺寸的發動機提升功率技術上很困難，而且功率提升有限，所以後期的零式在安裝了裝甲以後，雖然換了功率更大的小型發動機，但單位功率並沒有提高，格鬥性能因無法繼續改進並反而有所下降，不但如此零式多數後期型除了俯沖速度得到了提高了以外，所有的飛行性能都在下降，後期型零式的爬升率比前期型下降25%以上，至于航程下降近40%，零式空戰性能最好的型號實際是早期的21/22型與最後才出現的54丙型。
墜毀于太平洋島嶼的零式戰爭中後期隨著美軍戰機格鬥性能的不斷進步，零式就逐漸喪失了技術優勢，當美軍專門用來克制零式，具有零式水平的格鬥性能，而且有更強的裝甲，更高的速度的F6F地獄貓戰鬥機出現以後，零式就完全失去了威力。而零式設計之初三菱公司曾對零式到底是安裝小型的瑞星發動機還是大型金星發動機來設計，後來三菱公司有人提出，如果裝金星發動機的話，飛慣了小飛機的軍方試飛員在初期肯定不習慣，會有怨言可能會影響軍方的購買興趣，所以最後零式就安裝瑞星發動機進行了設計，導致零式速度提高不大，與美軍艦載戰鬥機速度差距越拉越大!
如果當初選用了金星發動機來設計零式，那麽後果不堪設想，零式裝大型發動機的後續型正是以後因東海大地震難産的A7M烈風，如果當初零式選用了金星，那麽以後就沒必要再設計烈風了，烈風的威力比零式大的多。
最後的零式
日本琦玉縣所澤市航空曆史紀念館2012年11月27日展出了全球當前唯一一架可以飛行的”零”式戰機，並舉行了”零”式戰機組裝研討會日，吸引了全球大批航空愛好者的參加和圍觀。據報道，這架零式五二型戰鬥機當前被美國史密斯航空博物館保管，是太平洋戰爭時期舊日本海軍的主力戰機。太平洋戰爭期間，該戰機在塞班島被美軍繳獲。曾在所澤市航空曆史紀念館舉行的”日本航空技術百年展”上展出，該戰機被組裝完畢後，于2012年12月1日-3日在紀念館正式展出。
正式名稱:零式艦載戰鬥機二一型
機體編號:A6M2B
長度:9.06m
翼展:12.0m
高度:3.5m
空重:1680 kg
最大起飛重量:2674 kg
發動機:榮12型(950匹馬力)
最大飛行速度:533.4 km/h(高度4200m)
爬升率:6000米/7分28秒
推重比:0.35(功率/最大起飛重量)[5]
航程:3350 km(挂載副油箱)/2222 km(內部燃油)
武裝:翼內20mm機炮x 2(攜帶彈藥各60發)機首7.7mm機槍x 2(攜帶彈藥各700發)
炸彈挂載:30公斤炸彈x2或是60公斤炸彈x 2