1921年（大正10年）、航空戦力の本質を攻勢とし空中からの決定的破壊攻撃を説いたイタリアのジュリオ・ドゥーエの『制空』が発刊され、1927年（昭和2年）ころには世界的反響を生んだ。ドゥーエやミッチェルに代表される制空獲得、政戦略的要地攻撃を重視するには戦略爆撃部隊の保持が好ましく、1930年代には技術的にも可能となり、列強は分科比率で爆撃機を重視するようになった。1937年（昭和12年）9月、南京空襲で日本海軍の源田実が戦闘機を主体的に運用して制空権を獲得する「制空隊」を考案した。戦闘機を中心とする積極的な作戦で戦術思想としても画期的であり、戦闘機の新しい価値が認識された。これを端緒に、従来は哨戒、援護など防御的に使われていた戦闘機に戦爆連合、戦闘機の単独進出など積極的に使用する航空戦術の型が確立されていった。1940年（昭和15年）バトル・オブ・ブリテンでイギリスはレーダーを駆使してドイツからの爆撃の迎撃に成功した。1943年（昭和18年）6月、ルンガ沖航空戦は、航空戦として初めて、陸海の戦闘から独立した固有の名称を与えられた。
初期の航空機は戦闘力を持たず敵地偵察に使われただけであった。最初期は、お互いに攻撃手段を持たず、敵偵察機に対し、そのまますれ違ったり、お互い手を振って挨拶していることもあった。しかし、航空偵察の効果が上がり始めると、敵偵察機の行動を妨害する必要性が出てきた。最初は持ち合わせていた工具を投げつけたのが始まりとされている。やがて煉瓦や石を投げ合い始め、拳銃や猟銃を使い始めた。第一次世界大戦以前の航空用法は一部に爆撃の準備もあったが、主体は地上作戦協力の捜索目的、指揮の連絡、砲兵協力など航空戦略、航空戦術には値しないものだった。第一次世界大戦が開始すると爆撃が逐次試みられた。またフランス空軍のローラン・ギャロスが1915年（大正2年）にモラーヌ・ソルニエ Lの中心線に固定銃を装備してドイツのアルバトロスなどの撃墜を始めた。ここまでは単一機によって飛行機作戦は行われていたが、任務が偵察→爆撃→空戦と発展したことによって専用機種として1915年6月ドイツのフォッカー E.IIIが駆逐機として独立出現し、本格的な空中戦闘が始まる。。1914年（大正3年）9月、青島戦争で日本軍機が初めて爆撃を行う。海軍機のモーリス・ファルマン式4機で青島市街に爆撃した。10月には日本軍は初めて空中戦を経験した。日本陸軍有川鷹一航空隊長がニューポール NG機に地上用機関銃を積んで偵察機の味方を支援、敵機を妨害する空中戦が行われた。1916年、ヴェルダンの戦いでフランス軍は機関銃射撃、爆弾投下でドイツ軍の行軍縦隊、予備隊などを攻撃し、戦果を上げた。これによって低空からの対地攻撃など偵察機、駆逐機で歩兵突撃支援する航空戦術が広がる。またドイツはフォッカー E.IIIを集中使用し、戦場制空のため、空中阻塞、駆逐戦法といわれた数層に配置した防御的阻塞幕を構成する方法をとっていた。1918年9月、サンミエール攻勢でアメリカ合衆国のウィリアム・ミッチェルが完全な航空優勢の獲得を図り、ドイツ軍陣地の突出部を孤立分断するように集中攻撃した。その後も類似作戦が展開され、兵力の集中使用の重要性を立証した。
発足当初から、JR西日本と同様に鉄道事業で収益を支えなければならない経営事情と新幹線鉄道保有機構が収益の足枷になっていた。これに加えて、本社があり人口の多い名古屋近郊地域（愛知県と岐阜県南部、三重県北部）ではマイカー普及率が全国でも上位クラスにあるのに加えて、並行する私鉄である名古屋鉄道や近畿日本鉄道との競合や、優等列車はその多くがJR他社に直通しなければならないことから、在来線に関しては採算のとりにくい環境にある。また、新幹線に関しても、首都圏や関西圏など在来線はJR他社エリアに属する地域もあるため、企画販売や、東海道新幹線および中央新幹線で使われる品川駅などの新駅建設などの際には自由に身動きが取れないことも多い（後述）。発足当初から、在来線では利益が見込める東海道線で名古屋近郊を中心に列車の増発・スピードアップを図ってきた。他には、快速「みえ」の運行、武豊線の電化により、競合他社の私鉄を猛追している。収入源となっている東海道新幹線においても、近畿日本鉄道が名阪特急アーバンライナーの投入に対抗して、「のぞみ」を増発して正確性とスピードが求められるビジネスマンをターゲットにすると同時に、安全面においても検査用車両ドクターイエローを投入するなどして徹底的に取り組んでいる。新幹線鉄道保有機構が解散されたことで、サービスの充実と新車開発が容易となり、東海道新幹線には300系、700系、N700系、N700A系を次々に投入したり、新幹線車内でのWi-Fiサービスを開始したりするなどして、サービスの向上にも取り組んでいる。一方で、1987年の分割民営化当初に承継した3,191億円の長期債務に加え、1991年に新幹線鉄道保有機構から買い取った5兆900億円の債務返済が重要な経営課題となっている。また、会社経営の根幹になっている東海道新幹線も開業から50年以上が経過し、老朽化した施設・設備の大規模な改修工事に備える一方で、かねてから予想されている最大のリスク要因である東海地震に対しての耐震性補強工事も進めなければならない。このため、リニア方式による中央新幹線の建設で首都圏と中京圏を結ぶ新幹線の二重化を図っているが、その建設費が債務返済と合わせた重要な経営課題ともなっている。