バンパイアは、まず迎撃機として部隊配備されたが、燃料搭載量が少なく航続距離が短すぎる点が指摘されたため、燃料搭載量を増やした改良型F.3が作られた。F.3は1947年4月にイギリス国内に配備、翌年から1952年まで実戦部隊で運用された。しかし、最も多く生産されたのは戦闘爆撃機型のFB.5で、1949年から部隊配備が始まった。この型はイギリス本土のみならず、ヨーロッパ大陸や中東、極東に広く配備され1950年代のマラヤにおける武装蜂起の鎮圧などにも用いられた。この他、熱帯地域型や夜間戦闘機型、練習機型などが生産され、特に練習機型T.11は1951年にイギリス空軍の標準練習機として採用された。戦闘機型は1950年代中頃に第一線を引いたが、練習機型は1966年まで訓練に使用され、その後も数機が1970年代初期まで使用されていた。低価格で構造も単純だったバンパイアはジェット黎明期の機体としてはかなりの成功作であり、各形式合わせて約3,500機以上が生産され各国の空軍に導入された。また、オーストラリア、イタリア、スイス、フランス、インドなどでライセンス生産され、それぞれの国で独自の改良を施していた。インド空軍は1948年にF-3、1949年から1950年にFB.9、1957年から1959年にNF.54を取得した。スイスでは練習機型が1990年まで現役にあった。日本の航空自衛隊も国産ジェット練習機T-1（T1F1）の技術研究用として1956年にT.55を1機購入している。サイド・バイ・サイド式座席配置の研究が狙いだったとされるが、アメリカ規格とは相当に異なるなどの点から結局はあまり見るべき所がないとされ、短時間の飛行テストが数回行われただけで1960年には早くも用廃処分となり、しばらく地上教材機として使われた後展示機となった。海軍でもジェット戦闘機に関心を持っており、本機の導入を検討した。まず航空母艦運用のために改造された試作1号機でテストが行われ、1945年12月3日に空母「オーシャン」への着艦に成功した。これによりバンパイアは、世界で初めて空母に着艦した純ジェット機となった。海軍では空母から運用するため所定の改装を施した機体をシーバンパイア（Sea Vampire）として採用した。シーバンパイアは航空母艦から運用された初のジェット艦上戦闘機といわれているが、海軍が導入した機体はわずか20機で全てジェット機の訓練用に使用された。これは、初期のジェット機はスロットルの反応が遅く着艦が難しかったことと、本機の初期型は航続距離が極端に短かったことが理由であった。
バンパイアの開発は、イギリス空軍（RAF）が仕様E.6/41を1941年に出した事から開始された。ジェット黎明期の当時は、それまでのレシプロエンジンとは全く異なるジェットエンジンを搭載するための機体形式がまだ定まっていなかったので様々な形式が考案され、本機もジェットの排気をスムーズに後方へ流し、かつ機体重量の軽減を図るため、双ブーム形式で後部にジェットエンジンを装備した短い胴体と尾翼をつなげることにした。後にシービクセンまで受け継がれた双ブームジェット戦闘機の始まりである。さらにモスキートで培った経験を生かし、木製合板をコクピット周辺を構成する素材として使用した。原型機は1943年9月20日に初飛行した。これはグロスター ミーティアの初飛行から遅れること約半年であり、本機はイギリスで2番目のジェット戦闘機となった。テストの結果は良好でイギリス空軍は1944年5月に140機の生産・配備を決定した。続いて1945年には160機が追加発注されたが、第二次世界大戦中で既存の機体の大量生産が優先されたため、量産型が部隊配備されたのは1946年からとなってしまった。当初の装備エンジンは推力1,225kgのゴブリンIだったが、途中から推力1,410kgのゴブリンII、そして推力1,520kgのゴブリン3に換装された。また与圧キャビン化や水滴風防の採用などの改良も生産開始から早い段階で行われた。本機のエンジンは単発であり、速度性能では双発のミーティアよりも劣っていた。ただしミーティアのエンジン配置は双発レシプロ戦闘機と同様の古めかしいスタイルであり、運動性では双ブーム形式の本機の方が上回っていた。
主翼は全幅12m、面積20m²、アスペクト比7.2という高い比率の翼形を採用した。当時の戦闘機はアメリカ軍の戦闘機[[P-51 (航空機)|P-51]]B型でアスペクト比は5.9、Bf109Eで6.0、零式艦上戦闘機は6.4であり、日本陸軍が運用していた他の戦闘機、一式戦闘機、二式単座戦闘機、四式戦闘機も6.0 - 6.08程度となっている。これらと比較して三式戦闘機の主翼はアスペクト比が高い。これは翼面荷重を低めるよりも翼幅荷重を低めた方が、高速性能・運動性能、および高々度性能を確保できるという土井の設計思想によるものである。長大な翼幅からくるロール性能の低下は、補助翼(エルロン)の設計でカバーした。なお翼面荷重は147kg/m²で、一式戦闘機(隼)の100kg/m²よりは大きいが、二式単座戦闘機(鍾馗)の171kg/m²よりは小さい値である。またこの主翼の主桁は左右一体構造で作られた頑丈なものであった。当時、主桁はI型断面のものが多く用いられていたが、三式戦闘機のものは凵型のアルミ合金を二重にしたものを前後のウェブで上下に組み合わせ箱形としたもので、フランジ部は結合された主翼小骨のものも合わせて3重となっており、その上内部にもトラスが組み込まれると言う頑丈なもので、荷重試験では総重量2,950kgと仮定して主翼に15Gをかけても破壊されず、それ以降の試験を中止した。強度過大であることから性能向上のために主翼の軽量化が検討されたが、キ61は既に十分な性能を示していたために見送られた。三式戦闘機は当初計画の2,950kgから、最大で二型の3,800kgにまで総重量が増加しているが、この面での主翼の設計変更は必要が無く、生産が滞ることはなかった。なお、後方にはT型またはL型をした補助桁も設置されている。全幅の広い主翼を用いたことから、主脚のスパンは4.05mと降着に際して十分に安定したものであり、荒地での運用に耐えられるものであった。そのため胴体下部は引き込まれた主脚のタイヤと降着装置で占拠されることなく、燃料タンクやラジエーターの艤装が容易となっている。主翼は片側6本のボルトで胴体に取り付けられているが、これはFw190やP-51と類似した取り付け方法である。またこの部分は平らに整形され、将来機体に改造が行われて重心が変わっても、主翼位置の前後修正による重心位置調整が容易である。なお開発時に、土井技師の不適切な対応もあり、急降下時に補助翼がフラッターによる振動で千切れ飛ぶと言う事故が発生しているが、無事着陸に成功し事なきを得ている。