零式艦上戦闘機
零式艦上戦闘機（れいしきかんじょうせんとうき）は、第二次世界大戦期における日本海軍（以下、海軍と表記する）の艦上戦闘機。略称、零戦（ぜろせん、れいせん）（以下、零戦と表記）。試作名称は十二試艦上戦闘機（略称は十二試艦戦）。連合軍側のコードネームは「ZEKE（ジーク）」だが、
支那事変（太平洋戦争勃発前の日中戦争）から太平洋戦争初期にかけ、2,200 kmの長大な航続距離・20mm機関砲2門の重武装・優れた運動性能で、米英の戦闘機に対し優勢だったことにより、敵パイロットから直訳の「ゼロファイター（Zero Fighter）」や「ゼロゼロ（Zero Zero）」と主に呼ばれた。大戦中期以降は、アメリカ陸海軍の対零戦戦法の確立やF4UコルセアやF6Fヘルキャットなど新鋭戦闘機の投入で劣勢となるが、後継機の開発の遅れで、終戦まで日本海軍航空隊の主力だった。また、用途も拡大し、戦闘爆撃機や特攻機としても使われた。
開発元は三菱重工業（以下「三菱」）。三菱に加え中島飛行機でもライセンス生産、総生産数の半数以上は中島製である。生産数は日本の戦闘機では最多の1万機以上。
"各型の零戦の詳細は、「零式艦上戦闘機の派生型」を参照"。
当時の日本の軍用機は、採用年次の皇紀下2桁を名称に冠する規定で、零戦の「零式」との名称は、制式採用された1940年（昭和15年）は皇紀2600年にあたり、その下2桁が「00」であるためである。
「零戦」と略され「れいせん」「ぜろせん」と呼ばれる。「戦時中、英語は敵性語として使用を制限されていたから、『零戦』を『ぜろせん』と読むのは誤り」「“ゼロファイター”の和訳が戦後一般化した」と言われることがあるが、戦時中の1944年（昭和19年）11月23日付の朝日新聞で初めて零戦の存在が公開された際には「荒鷲 などからは零戦（ゼロセン）と呼び親しまれ」とルビ付きで紹介されているため、どちらも間違いではない。
当初、発動機の換装は一号、二号、機体の改修は一型、二型と表されていた（○○式○号艦上戦闘機○型）が、1942年夏に連続した二桁の数字（最初の桁が機体の改修回数、次の桁が発動機の換装回数を示す）で示すように変更されたため、既存の一号一型/一号二型は一一型/二一型と改称、二号零戦/二号零戦改と仮称されていた新型零戦は三二型/二二型と命名された。後に武装の変更を示す甲乙丙を付与する規定を追加。
連合軍が零戦に付けたコードネームはZeke（ジーク）だが、将兵は直訳調の「Zero Fighter（ゼロファイター）」やZero（ゼロ）と呼んだ。ただし三二型は出現当初、それまでの二一型とは異なり翼端が角張っていたためか別機種と判断され、Hamp（当初はHap）というコードネームがつけられた。
零戦は、速力、上昇力、航続力を満たすため、特に軽量化に強くこだわり、構造で機体強度を確保するグラマンのF4Fとは逆に材質自体に強度を与えていた。ボルトやねじなどに至るまで徹底し軽量化したため、初期の飛行試験では設計上の安全率に想定されていない瑕疵が機体の破壊に直結している。1940年（昭和15年）3月に、十二試艦戦二号機が、昇降舵マスバランスの疲労脱落によるフラッタにより空中分解し墜落、テストパイロットの奥山益美が殉職、さらに1941年（昭和16年）4月には、二一型百四十号機と百三十五号機が、バランスタブ追加の改修をした補助翼と主翼ねじれによる複合フラッタにより急降下中空中分解、下川万兵衛大尉が殉職する事故が発生、開戦直前まで主翼の構造強化や外板増厚などの大掛かりな改修が行われている。設計主務者の堀越技師は、設計上高い急降下性能があるはずの零戦にこのような事態が発生した原因として、設計の根拠となる理論の進歩が実機の進歩に追い付いていなかったと回想している。軽量化を優先したため乗降通路である主翼フラップ部分は人間が乗れないほどの強度となったため、操縦席の横に補強した脚置き場を設置し胴体フィレット下と胴体側面に引き込み式のハンドルとステップを取り付けている。ステップと一部のハンドルは操縦席から届かないため、離陸前に整備員が押し込む必要があった。強度の低いフラップ部主翼上面には赤線で足踏み禁止の範囲を表示している。軽量化のため機体骨格に多くの肉抜き穴を開けたり、空気抵抗を減らすため製造工程が複雑な沈頭鋲を機体全面に使用するなど、大量生産には向かない設計となっている。これは当初、少数精鋭の艦戦ということで工数の多さは許容されたためである。設計段階から生産効率を考慮したP-51と比較すると零戦の生産工数は3倍程度となってる。
零戦二一型の鹵獲機体の調査に携わったチャンスヴォートのエンジニアから、V-143戦闘機と引き込み脚やカウリング・排気管回りなどが類似していると指摘されたため、零戦そのものがV143のコピー戦闘機であるという認識が大戦中のみならず現在でも一部海外で存在するが、この説は開発開始時期の相違により否定されている。外見や寸法が似ているグロスターF.5/34（降着装置が半引き込み式で、尾部のとんがりが少々長いが、外形、寸法、各種数値は酷似）をコピー元とする説もあるが、零戦の寸法は、翼面荷重や馬力荷重を九六式艦戦と同程度に収めるように決められた数値である。またグロスターF.5/34が前近代的な鋼管骨組み構造であるのに対し、零戦は九六式艦戦と同じ応力外皮（モノコック）構造であり、コピー説は否定されている。似ているのは、コピー云々ではなく、機体の形状が冒険を避けオーソドックスにまとめられた結果である。
零戦には九六式艦上戦闘機同様、全面的な沈頭鋲の採用、徹底的な軽量化と空気力学的洗練、主翼翼端の捻り下げ、スプリット式フラップ、落下式増槽などがある。主翼と前部胴体の一体化構造は、陸軍の九七式戦闘機に採用された技術で、フレーム重量を軽減するが、翼の損傷時の修理に手間取るという欠点がある。空気抵抗を削減するため降着装置は萱場製作所製のオレオ式緩衝装置を搭載し、主脚を機体内、尾輪を尾部に引き込む設計とした。引き込み式の降着装置は日本の艦上機としては九七式艦上攻撃機についで2番目に採用となる。F4Fなど同時期の艦上戦闘機は構造を簡略化するため翼側に引き込む方式が主流であったが、零戦は主脚は翼から胴体側に折りたたまれる構造を採用した。これは翼の構造がやや複雑になる反面、強度や安定性に優れ安全性は高い。降着装置の状態はランプではなく主翼上面から棒が飛び出して知らせる方式となっている。また主脚の車輪カバーも引き込んだ主脚が爪を押して閉める機械式ロックを採用した。
住友金属開発の新合金超々ジュラルミンを主翼主桁に使用、後に米国でも同様の合金が実用化されている。日本・英語圏ともESDと呼ばれるが、日本では「超々ジュラルミン」の英訳である「Extra Super Duralumin」の略であるのに対し、英語圏では「E合金」と「Sander合金」をベースに作られた「Duralumin」という意味の略号である。ちなみに現在のJIS規格では、7000番台のアルミ合金に相当する。
人力の操舵では操縦装置を操作した分だけ舵面が傾く。高速飛行時と低速時では同一の舵角でも舵の利きが全然異なるため、操縦者は速度に合わせて操作量を変更しなければならない。そこで、零戦では操縦索を伸び易いものにし、高速飛行時に操縦桿を大きく動かしても、舵面が受ける風の抵抗が大きいため操縦索が引っ張られて伸び、結果的に適正な舵角を自動的に取れるようにしている。全ての操縦索に採用されたと誤解されがちであるが、実際は昇降舵につながる操縦索のみである。
海軍では1932年（昭和7年）にOPL製照準器を試験的に輸入して以来、慣例的にOPLと呼称していた光像式照準器を日本の戦闘機で初採用した。従来の照準器は「眼鏡式」と呼ばれ、照準用望遠鏡が前面キャノピーから突き出ていたため空気抵抗が増し、搭乗員はスコープを覗き込むため窮屈な姿勢となり視界も制限された。これに対し光像式照準器は、ハーフミラーに遠方に焦点を合わせた十字を投影するもので、キャノピー内に配置されるので、空気抵抗を低減できる上に照準操作もしやすく、また望遠鏡式とは異なって照準器を覗き込まないので、視界が狭くなることもない。九八式照準器は輸入したハインケルHe112に装備されていたレヴィ2b光像式照準器をコピーしたものであるが、大戦後半には、輸入したユンカースJu88に装備されていたレヴィ12C光像式照準器をコピーした四式射爆照準器に更新されている。零戦の性能向上が不十分だった原因として、発動機換装による馬力向上の失敗がある。雷電・紫電の穴埋めとして零戦の武装・防弾の強化及び高速化を図った五三型 (A6M6) の開発を開始、水メタノール噴射装置(混合液を気化器周辺へ噴射し冷却を行い酸素濃度を高める仕組み)追加によって出力向上を図った栄三一型（離昇1,300馬力を予定）の搭載が予定されており、武装・防弾を強化しても最高速度を580 km/h台までの向上が可能と試算されていた。栄三一型の開発は比較的順調に進み、五三型試作一号機を用いて実用審査が行われていた。しかし、1944年（昭和19年）秋頃に多発した零戦のプロペラ飛散事故の原因が栄二一型の減速遊星歯車の強度不足であることが判明し、対策を必要とする零戦（五二型系列約300機）の改修に海軍の栄三一型審査担当者が追われることになったため、栄三一型の審査は一時中断された。そしてこの時に始まったフィリピン戦に対応するため、審査未了で生産できない栄三一型の代わり栄二一型が零戦に装備されることになり、審査と平行して生産されていた栄三一型用の調整が困難かつ実効がほとんど認められないどころか性能低下の一因ともなる水メタノール噴射装置は倉庫で埃を被ることになった（同時期に陸軍の栄三一型審査担当者は審査完了しており、水メタノール噴射装置の可能性を実感した結果、これを改良した栄三二型（離昇1,300馬力）を搭載した一式戦闘機三型を1944年（昭和19年）7月から量産開始した）。この結果、大量生産された零戦五二型丙 (A6M5c) は栄二一型（離昇1,130馬力）装備のまま武装・防弾のみを強化したため正規全備重量が3,000kg近く増加し、急降下性能の向上は見られたが、零戦の持ち味であった運動性能・上昇力の低下した機体が量産されるに至った。この混乱が治まった後に栄三一型の審査は再開されたものの、既に審査終了が1945年（昭和20年）の初頭になっていた。その後、零戦六二型(A6M7)には栄三一型甲/乙（離昇1,210馬力）、これと併行して零戦六三型(A6M7)には栄三一型（離昇1,300馬力を予定）を1945年（昭和20年）2月から量産開始させたが大多数は水メタノール噴射装置を廃した栄三一型甲/乙を搭載した零戦六二型(A6M7)で、一部が倉庫で埃を被っていた審査完了待ち状態だった栄三一型を零戦六三型(A6M7)が装備した。2機種を競合させて零戦六二型(A6M7)の生産を優先させた理由は、水メタノール噴射装置自体の重量が約100kgと70lの水メタノールタンクで合わせて約170kg以上の重量があったため、零戦の運動性能が損なわれると判断されたからである。水メタノール噴射装置の不具合とそれによって引き起こされる稼働率の低下も問題になったと考えられる。運動性能を重視して稼働率の高い零戦六二型(A6M7)か、速度性能を重視して稼働率の低い零戦六三型(A6M7)を競合させた結果、前者の方を量産するに至ったということである。
零戦に栄より大馬力を期待できる金星を装備するという案は、十二試艦戦の装備発動機選定以降も繰り返し浮かび上がっている。まず、零戦二一型の性能向上型であるA6M3の装備発動機を検討する際に栄二一型と共に金星五〇型が候補として挙がったが、最終的には栄二一型を採用、次に1943年（昭和18年）秋に中島飛行機での誉増産に伴って栄の減産が計画されたため、零戦にも金星六〇型への発動機換装が検討されたが、航続距離の低下とより高速重武装の雷電二一型 (J2M3) の生産開始が近く、中止になっている。1945年（昭和20年）、中島飛行機において誉のさらなる増産に伴い、中島での栄の生産中止のため、再び零戦の金星六二型への発動機換装が計画された。零戦五四型 (A6M8) 発動機換装型は、艦上爆撃機彗星三三型のプロペラとプロペラスピナーを流用した間に合わせ的な機体だが、発動機換装により正規全備で3,100kgを超える機体に零戦各型で最速となる572.3 km/hの速度と五二型甲 (A6M5a) 並みの上昇力となったが航続距離は大幅低下、局地戦闘機的な性格が強い機体となる。性能向上型としては成功したように思える五四型だが、試作一号機が1945年（昭和20年）4月に完成する数ヶ月前に、金星を生産する三菱の発動機工場がB-29の爆撃によって壊滅、結局試作機2機が完成したに過ぎず、零戦は最後まで栄を搭載せざるを得なかった。
また開戦前の海軍は栄二一型に換装した性能向上型の零戦、後の零戦三二型に期待しており、三菱の他にライセンス生産を行う中島飛行機でも三二型の大量生産計画が立てられていた。しかし、いわゆる「二号零戦問題」と栄二一型の不調もあって、中島飛行機での零戦三二型のライセンス生産は中止、1944年（昭和19年）前半まで零戦二一型の生産を続けている。
設計者の堀越は昭和19年9月の社内飛行試験報告において軍へ、工作精度の低下、劣悪な燃料から生産機は設計値から25%の性能低下、とした試算、実験報告をしている。米軍が安定してオクタン価100以上の航空燃料だったのに比し、日本軍は現代のレギュラーガソリン以下のオクタン値の燃料しかなく、末期には松根油なる代替燃料にすら困窮しており不調や性能低下の原因となった。
恒速回転プロペラとも呼ばれ、回転数を一定に保つため、プロペラピッチ変更 を自動的に行うもので、操縦席にあるプロペラピッチ変更レバーにより任意でのピッチ変更も可能である。日本の艦上機としては九七式艦上攻撃機、九九式艦上爆撃機についで3番目に装備された。零戦に使用されたのは当時多くの機体に使われていたハミルトン・スタンダード製の油圧式可変プロペラを海軍向けのプロペラを生産していた住友金属工業がライセンス生産したものである。陸軍向けは日本楽器製造が生産している。
アメリカの参戦により以降に開発された改良型や新型の情報、より精密な加工に必要な工作機械が入手できなくなった。対策として住友金属では独自に改良型の試作が行われ一〇〇式司令部偵察機三型にピッチの変更範囲を35度に拡大したペ26が採用されたものの性能はあまり向上しなかった。住友金属ではドイツのからライセンス生産権を得た電動式ガバナーを備えた定速4翅プロペラも生産しており雷電などに採用されたが、構造が複雑なため生産工程数や部品点数が多く振動問題もあったため、零戦は旧式ではあるが信頼性の高いハミルトン式の採用が続いた。大戦前の旧式プロペラが改良されなかったことは発動機と共に性能向上の足かせとなった。
零戦初期型は、20mm機銃2挺（翼内）と7.7mm機銃2挺（機首）搭載。
7.7mm機銃は当時のイギリス軍の歩兵銃、また日本海軍でも国産化していた留式七粍七旋回機銃と同じ7.7x56R弾（.303ブリティッシュ弾）使用で、これは輸入した複葉機の時代からのもので、この歩兵用の重機関銃を航空機用に改良したヴィッカースE型同調機銃を、毘式七粍七固定機銃（後に九七式固定機銃）として国産化したものであった。
7.7mm機銃を機種上部に配置するため、操縦席の正面パネルは計器類を下に寄せたレイアウトとなっている。
爆撃機など双発以上の大型機を一撃で撃墜するため、当時としては強力な20mm機銃搭載が求められていた。
零戦搭載の20mm機銃はエリコンFFをライセンス生産した九九式一号銃、FFLをライセンス生産した九九式二号銃及び両者の改良型で、初速は一号銃 (FF) が600m/s、二号銃 (FFL) が750m/s、
携行弾数は60発ドラム給弾（九九式一号一型・一一型 - 三二型搭載）/100発大型ドラム弾倉（九九式一号三型または九九式二号三型・二一型 - 五二型搭載）/125発ベルト給弾（九九式二号四型・五二型甲以降搭載）となっていた。
防御力が高く7.7mmでは効果の薄いF4Fにも有効な20mm機銃の威力は多くの搭乗員が認めている。しかし携行弾数は60発（初期型）のため二斉射で全弾消費するパイロットもおり、多数のF4Fを相手にする際は不足しがちであった。他にも7.7mmとの弾道の違い、旋回による発射G制限などが欠点として指摘されている。これに対応して携行弾数を増加させる改修が施されている。大戦中盤からは一号銃から銃身を長くして破壊力を上げた二号銃が搭載されるようになった。
九九式一号銃の初速では、弾丸の信管の不具合もあってB-17フライングフォートレスの防弾板を至近距離でなければ貫通できないことを海軍鹵獲の実物で確認、高初速の二号銃の採用で弾道、貫通力改善、先行し信管の改良も実施。
携行弾数は、初期の60発ドラム弾倉が、改良され最終的にベルト給弾化、125発に増加。エリコンFFシリーズは弾倉が機銃構造の一部のため、ベルト給弾化は困難で、本家スイスのみならず技術先進国のドイツでも実施されておらず、日本の九九式二号四型が唯一の事例であった。
九九式20mm機銃は「照準が難しく、修正しているうちに弾がなくなる」ため、戦闘機との格闘戦においては使い難いという欠点があった。特に一号銃に顕著だったが、照準さえ良ければ一撃で撃墜可能な威力を活かして開戦直後から、重厚な防弾装甲を施されたB-17フライングフォートレスやF4Fをも撃墜し、米軍に脅威を与えた。それでも用兵側にとっては不満が残り、ミッドウェー海戦で沈んだ空母「加賀」の直掩隊は、さらなる威力増大を求めている。
また、大戦後期にアメリカ軍が12.7mm機関銃6 - 8門を装備したF6FやP-51を投入してくると、機首の九七式7.7mm機銃二挺に替えて、三式13.2mm機銃を1 - 3挺（機首1、翼内2）搭載した型も登場した。
防弾装備の追加は、防弾タンクや自動消火装置の実用化が遅れたことや、開戦から一年も経たずにガダルカナル島で始まった連合国軍の反撃に対応するため、改修による生産数や飛行性能の低下が許容できず先送りされた。ただし1943年（昭和18年）末生産開始の五二型後期生産型から翼内タンクに炭酸ガス噴射式自動消火装置を、翌1944年（昭和19年）生産開始の五二型乙から操縦席に50mm防弾ガラスを付加、更に五二型丙からは座席後方に8mm防弾鋼板を追加、一部の機体は胴体タンクを自動防漏式としたが、十分ではなかった。
零戦は徹底した軽量化による機動性重視のため、防弾燃料タンク・防弾板・防弾ガラス・自動消火装置などが搭載されておらず、F4Fなどの米軍機に比べ、被弾に弱かった。後述のように初陣から防弾の不備は搭乗員から指摘されており、その後の改修でもしばらく防弾装備は後回しにされていたが、五二型以後は装備されるようになった。ただ、零戦は涙滴型の風防を備えており、特に後方視界が広く取れたため、同時期の他国戦闘機と比して後方警戒がしやすい利点があった。運動性能と視界の良さを生かして、攻撃を受ける前に避けるという方法で防御力の弱さをカバーするパイロットも多かったが、それには熟練の技術が必要で新人には難しく、気象条件や位置に左右されるなど限界もあった。防弾装備を増設すると重量が増加し、最大の利点である運動性が低下するトレードオフが生じていた。
設計者の堀越二郎は、開発時に防弾を施さなかったことは優先順位の問題であり、戦闘機の特性上仕方がないと語っている。当時は大馬力エンジンがなく、急旋回等で敵弾を回避することもできる戦闘機では、防弾装備は他性能より優先度が低いため、海軍からも特に注文もなかったという。防弾装備が必要とされたのは搭乗員練度の低下によるもので、分不相応なものだったと回想している。技術廠技術将校岸田純之助は、パイロットを守るために速力や上昇力、空戦性能を上げて攻撃を最大の防御にした、防弾タンクやガラスを装備すれば敵に攻撃を受けやすくなる、日本の工業力から見ても零戦の設計が攻撃優先になったのは仕方ない選択、日本は国力でアメリカに劣っていたため、対等に戦うにはどこか犠牲にしなければならない、防御装備には資金がいるので限られた資源でどう配分するか常に考える必要があったと語っている。
零戦には前作の九六式艦戦同様に無線電話・電信機が装備され、当初は九六式空一号無線電話機（対地通信距離100km、電信電話共用）を搭載していた。ミッドウェー海戦の戦訓は「直衛機は電話を工用し、制空隊・直衛隊の電波を同一となすの要あるものと認む」と述べている。大戦後半はより高性能の三式空一号無線電話機（対地通信距離185km、電信電話共用）に変更している。アメリカ軍は、アリューシャンで鹵獲した二一型に装備されていた九六式空一号無線電話機を軽量化のため最小限の装置のみを搭載していると評価し、マリアナで鹵獲した五二型に装備されていた三式空一号無線電話機を自軍無線機に匹敵する性能を持つと評価。但し、取付方法や防湿対策に問題があるとも評価していた。事実、信頼性が低く故障で手信号が多用されたため、軽量化(約40kg)のため無線機を下ろすベテランも多かった。
この他に艦上機型である二一型からは、単座機では困難な洋上航法を補助する装置として無線帰投方位測定器が新たに搭載されている。これはアメリカのフェアチャイルドが開発したものを輸入・国産化したもので、輸入品はアメリカでの呼称そのままにク式（クルシー式の略）無線帰投方位測定器と呼ばれ、後に国産化されたものは一式空三号無線帰投方位測定器と呼ばれた。
同時期の多くの単発戦闘機と同様、電探や敵味方識別装置は装備されていない。
高い運動性能を持ち、他国戦闘機よりも横、縦とも旋回性能がズームを除いて格段に優れる。20mm機銃2挺の強力武装。気化器が多重の弁（0Gバルブ/中島製）を持つために、マニュアル上背面飛行の制限がない。これは戦闘機にとっては非常に重要で、急激な姿勢変化に対するエンジンの息継ぎを考慮しないで済むため、機体の空力特性=旋回性能限界としての操縦が可能である。ただし、持続的なマイナスG状態での飛行では米軍機同様のエンジンストールが発生することが米軍の鹵獲機試験で判明しており、大戦後期の攻略戦法に取り入れられている。初期の米国戦闘機に「ゼロとドッグファイトを行なうな」という指示があったのは、同じ姿勢変化を追随して行なうとエンジン不調につながるからでもあった。一方、低速域での操縦性を重視し巨大な補助翼を装備したため、低速域では良好な旋回性能の反面、高速飛行時には舵が重く機動性が悪かった。
零戦は操縦が極めて容易であり、運動性がよく、すわりもよかった。そのため、空戦に強く、射撃命中がよく、戦闘機搭乗員の養成、戦力向上が比較的短時間に行えた。
零戦の格闘性能は、後継機にも影響を与えた。烈風（当時は十七試艦戦）の研究会において、花本清登少佐（横須賀航空隊戦闘機隊長）は実戦で零戦が敵を制しているのは速度だけではなく格闘性能が優れているためで、次期艦戦でも速度をある程度犠牲にしても格闘性能の高さに直結する翼面荷重を低くすべきと主張し、空技廠飛行実験部の小林淑人中佐もこれを支持している。
軽量化のため、500 km/h (270kt) 超の最高速度。急降下に弱く、徹底した軽量化により機体強度の限界が低く、初期型の急降下制限速度は、F4Fワイルドキャットなどの米軍機よりも低い629.7 km/h (340kt) であった。試作二号機や二一型百四十号機と百三十五号機が急降下試験の際に空中分解事故を起しており、原因解析の結果を受けて、以降の量産機では、主翼桁のシャープコーナーの修正・昇降舵マスバランスの補強・主翼外板厚の増加などの対策が施され、急降下性能の改善が図られた。五二型以降では更に外板厚増加などの補強が行われ、急降下制限速度は740.8 km/h (400kt) まで引き上げられている。
零戦は大戦初期において、長航続距離で遠隔地まで爆撃機を援護し同時侵攻できた数少ない単発単座戦闘機である。陸軍の一式戦闘機隼も長航続距離だが、実戦では零戦の方が長距離作戦に投入されることが多かった。もともと艦隊防空を主任務とする艦戦は、常に艦船上空に滞空させて対空監視（戦闘哨戒）を行う必要がある。零戦が開発された1936年（昭和11年）当時、レーダーは実用段階まで至っていない。艦戦が運用される航空母艦は、陸上基地とは異なり早期警戒のための対空見張り網を構築できないためである。このような運用を前提とする場合、滞空時間が長ければ長いほど、交代機が故障で上がれないなどの突発的な事態において防空網に穴が空きにくいという利点がある。後述の十二試艦上戦闘機計画要求書にあるように、航続力が距離ではなく滞空時間で指定されている事も、こうした運用に基づくものである。
また、長大な航続力は作戦の幅を広げ戦術面での優位をもたらす。実際、開戦時のフィリピン攻略戦などは、当時の常識からすると空母なしでは実施不可能な距離があったが、零戦は遠距離に配備された基地航空隊だけで作戦を完遂した。ただし自動操縦装置や充分な航法装置のない零戦で大航続力に頼った戦術は搭乗員に過度の負担と疲労を与えた。また洋上を長距離進出後に母艦へ帰還するには、搭乗員が高度な技量と経験を持つ必要があった。
航続力において二一型は傑出しているが、これは落下式増槽に加え、胴体内タンクに正規全備時の62Lの倍を超える135Lの燃料を搭載するという例外的な運用を行った場合のことである。これと同じ条件、即ち落下式増槽を含む全燃料タンクを満載にした状態での航続距離を比較すると、燃料タンクの小さい三二型や栄より燃費の悪い金星を搭載した五四型を除く零戦後期型（二二型や五二型各型）と二一型の間に大きな差はなく、三二型でも二一型の85%程度となる。また、二一型以前の零戦は機体内燃料タンクを満載にした状態では飛行制限があるが、三二型や二二型、五二型にはそういった制限はない。三二型は開戦からおよそ半年後に配備が開始されたが、この時期はガダルカナル戦の開始直前にあたり、二一型より航続距離の短い三二型はガダルカナル戦に投入できず、せっかくの新型機がラバウルで居残りになっていた。このため、この時期のラバウルの現地司令部は上層部に二一型の補充を要求している。また、これは海軍上層部でも問題となって、海軍側の三二型開発担当者が一時辞表を提出しただけには止まらず、零戦の生産計画が見直されるほどの事態となっている。
零戦はそれまでの単座戦闘機とくらべ長大な航続力のため、長距離飛行の技術が操縦員に求められた。単座戦闘機搭乗員にとって、誘導機なしの戦闘機のみの洋上航法は、ベテランでも習得困難な技術だった。しかし1940年（昭和15年）の龍驤戦闘機隊分隊長の菅波政治大尉、1941年（昭和16年）の瑞鶴戦闘機隊分隊長の佐藤正夫大尉らは、単座戦闘機の洋上航法の技量に優れ熱心だった。当時の洋上航法は、操縦しながら航法計算盤を使って計算し、海面の波頭、波紋の様子を観察してビューフォート風力表によって『風向、風力』を測定して、風で流された針路を『偏流修正』し、『実速』（実際の対地速度、当時の呼称）を計算し飛行距離、飛行時間を算出予測する航法だった。その航法精度は、洋上150海里を進出して変針し、そののち方向、時間を距離計算して帰投し、その地点からの矩形捜索によって晴天目視で母艦艦隊位置確認可能な誤差範囲（例えば20海里）におさめる程度の精度だった。単座戦闘は複座・多座の攻撃機爆撃機に比較し無線電信電話機能も弱く、ジャイロ航法支援機器もなかったが、実戦で母艦に単機帰投した例も多かった。
零戦の仕様は「昭和十一年度 航空機種及性能標準」の艦上戦闘機の項に基づいて決定されている。開発は1937年（昭和12年）10月5日に海軍から提示された「十二試艦上戦闘機計画要求書」に端を発する。「十二試艦上戦闘機計画要求書」は1937年5月に原案がメーカーに提示され、10月に正式な文書として交付された。そのため、変更点もあって内容が微妙に違うものも残っている。「目的」が「攻撃機の阻止撃攘を主とし尚観測機の掃蕩に適する艦上戦闘機を得るにあり」というものもある。堀越二郎によれば、5月のものに比べて特に航続距離の要求が強くなったという。十二試艦上戦闘機に対する海軍の要求性能は、堀越技師らが「ないものねだり」と評するほど高いものであり、中島飛行機が途中で辞退、零戦は三菱単独開発となった。前作の九六式艦上戦闘機に続き堀越二郎技師を設計主務者として開発した。
1938年（昭和13年）1月17日、十二試艦戦計画要求に関する官民研究会で、支那事変から帰還した第二連合航空隊航空参謀源田実少佐が飛行機隊の集団使用、遠距離進出などの新境地を開拓した経験から実戦での96式艦戦や95式艦戦の働きを説明して格闘性能と航続距離の必要を訴える。
1938年4月10日、三菱A6M1計画説明書を海軍に提出した堀越二郎は、3日後（4月13日）に開かれた十二試艦戦計画説明審議会において、格闘力、速度、航続距離のうち優先すべきものを1つ上げてほしいと要望した。すると横須賀航空隊飛行隊長の源田実には支那事変の実戦体験から「どれも基準を満たしてもらわなければ困るがあえて挙げるなら格闘性能（空戦性能）、そのための他の若干の犠牲は仕方ない」と返答された。一方で、航空廠実験部の柴田武雄には実地経験から「攻撃機隊掩護のため航続力と敵を逃がさない速力の2つを重視し、格闘性能は搭乗員の腕で補う」と返答された。どちらも平行線ながら正論であり、堀越は真剣な両者の期待に応えることにした。
1938年秋、前線の戦闘機部隊である12空から提出された意見は、速力・航続力よりも軽快な運動性に重点をおくこと、機銃口径は10mm～13mmを適度とし、初速の小さい翼上20mm機銃は戦闘機に百害あって一利なしというものであり、大航続力、20mm機銃に伴った機体の大型化にも反対だった。
1939年（昭和14年）3月16日A6M1試作一号機完成。4月1日に岐阜県の陸軍各務原飛行場で試作一号機が初飛行。試作2号機までは瑞星13型だったが出力不足で試作3号機からエンジンを換装した。5月1日栄12型を装備した三号機をA6M2とした。翌1940年（昭和15年）7月24日A6M2零式一号艦上戦闘機一型が11型として制式採用された。
1940年（昭和15年）7月15日、大陸戦線（中国戦線）にて101号作戦のため、第二連合航空隊に横山保大尉と進藤三郎大尉率いる零戦13機が進出した。零戦はまだ実用試験中のもので、全力空中戦闘をするとシリンダーが過熱し焼けつくおそれがあった。またGが大きくなると脚が飛び出すこと、Gがかかると20mm機銃が出なくなることがまだ未解決であった。そのため、技術廠から飛行機部の高山捷一技術大尉、発動機部の永野治技術大尉がそれにあたり、技術者、整備員、搭乗員が一体となって解決した。
最初の出撃は8月19日の九六式陸上攻撃機護衛任務だったが、会敵しなかった。翌日にも伊藤俊隆大尉指揮のもと出撃したが会敵せず、悪天候のため出撃は翌月に延ばされた。なお、第一回出撃時に燃料補給のため宜昌飛行場に着陸する際、1機（藤原喜平二空曹）が着陸に失敗し転覆。これが事実上最初の喪失となった。
9月12日、ようやく三度目の出撃となり、重慶上空に1時間も留まったが、これも会敵しなかった。基地に戻ると、敵は交戦を避け、去った後に大編隊を飛ばせて日本軍機を追い払っているように見せているということが判明した。進藤大尉はこれを逆手に取り、翌日再び出撃、ようやく敵機の大編隊と遭遇した。相手は日本機を初撃墜した国民党空軍の精鋭である第四大隊（志航大隊、指揮官・鄭少愚少校）、および第三大隊率いるアメリカ・ソ連・国民党の戦闘機34機（I-15×19、I-16×15、I-15、I-16とも初飛行が1933年で、零戦より旧式機）で、うち1機がこの直前急激な発進による故障のため帰還しており実際に戦闘に参加したのは33機である。初陣で動揺していた日本軍とは対照的に、経験豊富だった国民党軍は奇襲で撃墜されてもすぐさま編隊を立て直し奥地へ誘い込もうとしたが、やがてスピード・火力ともに優れた新鋭機の前に圧倒され次々と撃墜されていった。
この戦闘で初陣を飾った13機の零戦は、味方機に損失を出さずに、機銃が故障した白根斐夫中尉以外の12機全てが一機以上を撃墜する戦果を上げた。進藤大尉はそれぞれの戦果を加味した結果、撃墜は27機と判断、マスコミはこの戦果を一斉に報じた。ただし実際の中国側記録によると、被撃墜13機、被撃破11機（うち10人戦死、負傷8人）である。また、零戦隊は13機中3機（大木芳男二空曹、三上一禧二空曹、藤原喜平二空曹）が被弾、また一機（高塚寅一一空曹）が主脚故障のため着陸に失敗し転覆した。
この際、パイロットたちから防弾について「攻撃機にあるような防弾タンクにしてほしい」と不満が出たが、高山捷一技術大尉は零戦の特性である空戦性能、航続距離が失われるので高速性、戦闘性を活かし活動し、効果を発揮するべきと説明した。大西瀧治郎はそれに対し「今の議論は技術官の言う通り」と言って収めてパイロットたちは黙った。
その後も大陸戦線での零戦の活躍は続き、初陣から1年後の1941年（昭和16年）8月までの間、戦闘による損失は対空砲火による被撃墜3機 のみで、空戦による被撃墜機は無いまま、
太平洋戦争開戦前の中国大陸では零戦の一方的勝利に終わった。
大東亜戦争の中期まで、空戦性能において優越する零戦を装備した日本海軍航空隊は、グラマンF4FワイルドキャットやカーチスP-40などを装備する連合国軍に対し優勢だった。また、零戦は約2200キロの航続距離を持っていた（当時連合軍の戦闘機がロンドンとベルリン間（片道約900キロ）を飛行し空戦を実施して帰還することは困難であった）。零戦は大東亜戦争初期に連合軍航空兵力の主力を撃破した。その空戦性能と長大な航続距離によって連合軍将兵の心の中に零戦に対する恐怖心をうえつけた。
当時、主に交戦した米海軍機のグラマンF4Fワイルドキャットは、零戦に対して防弾と急降下性能で勝っていたが速度・上昇力・旋回性能に関して零戦に劣っていた。海軍は真珠湾奇襲攻撃の1941年（昭和16年）12月8日から、1942年（昭和17年）3月までのジャワ作戦終了までに、合計565機の連合軍機を空中戦で撃墜ないしは地上で破壊した。この数のうち零戦の戦果は471機、83%を占めるとされる。太平洋戦争のはじめの一カ月の全作戦中、陸上基地・空母からの零戦による敵の損害は65%であった。
対アメリカ戦の始まりとなった真珠湾攻撃は奇襲であったためアメリカ軍戦闘機との空戦の機会の少なかった零戦は主に飛行場へ機銃掃射をおこなった。その直後のフィリピン爆撃では台湾から出撃する陸攻隊を掩護しフィリピンを攻撃するという当時の単座戦闘機としては例の無い長距離作戦を成功させ、植民地フィリピン駐留のアメリカ陸軍航空隊を制圧した。南太平洋においてもラバウルからガダルカナル島やニューギニアへの攻撃に活躍した。
オーストラリアのポートダーウィン侵攻時（日付記載なし）、イギリス連邦軍（イギリス空軍とオーストラリア軍）のスーパーマリン スピットファイアに対する零戦隊の勝利。その空戦での零戦の損失2スピットファイアの損失は17、被撃墜比率2対17。これに対してフライングタイガーズの司令官だったクレア・シェンノート将軍は「英空軍の戦術はカルワザ的な日本軍に対しては自殺行為だった」と発言。
太平洋戦争初期の1942年（昭和17年）3月までの米陸軍航空部隊のジャワ作戦での消耗と零戦隊の優勢、同部隊のオーストラリアへの撤収があった。ラエ基地では1942年（昭和17年）の5・6・7月の間、ほとんど連日空戦があったという。ラエの零戦隊は連日奮戦していた。彼我の機数では零戦隊が劣勢であった。
1942年5月8日の珊瑚海海戦がある。米軍第17任務部隊は空母「ヨークタウン」と「レキシントン」上空の戦いで、日本軍機動部隊攻撃隊69機（零戦18機・九九式艦上爆撃機23機・九七式艦上攻撃機18機）に対し零戦22機・艦爆11・雷撃機31機を直掩航空隊（F4Fワイルドキャット、SBDドーントレス爆撃機）と対空砲火で撃墜したと記録している。日本軍機動部隊に帰投した機は46機で、零戦17機が帰投するも1機が不時着した。この戦闘における戦果は日本側も過大に見積もっており、グラマン戦闘機32機、カーチス爆撃機17機撃墜を記録したが、実際の損害はF4F 6機、SBD 15機喪失である。
「1942年（昭和17年）6月におこなわれたミッドウエー海戦における米陸海軍戦闘機への零戦の優勢」。「当時ブリュースター・バッファロー とグラマンF4Fワイルドキャットが使用されていた」。
アメリカ戦略空軍司令部作戦部長補佐代理ジョン・N・ユーバンク准将は「ニューギニアやラバウルで我々が遭遇した日本軍は、本当に熟練した操縦士だった。我々は最優秀の敵と戦っているのだということを一時も疑ったことはなかった」と回想している。
アメリカ軍の公式記録によれば、大戦初期の零戦対連合国軍機（主に英国連邦軍と中華民国軍並びに義勇軍）とのキルレシオは12:1とされている。対米軍機でいえば、太平洋戦争開戦時からミッドウェー海戦までの零戦対F4Fワイルドキャットとのキルレシオは1：1.7であった。
真珠湾攻撃に参加した「飛龍」所属の1機がニイハウ島に不時着する事件が発生したが、アメリカ軍の調査か行われる前に機体は燃やされたため弱点も露見せず、対策は行われなかった。
1942年（昭和17年）6月、アメリカ軍はアリューシャン列島のダッチハーバーに近いアクタン島の沼地に不時着した零戦（アクタン・ゼロ）をほぼ無傷で鹵獲することに成功した。この機体の徹底的な研究により、零戦が優れた旋回性能と上昇性能、航続性能を持つ一方で、高速時の横転性能や急降下性能に問題があること が明らかとなり、アメリカ軍は「零戦と格闘戦をしてはならない」「背後を取れない場合は時速300マイル以下で、ゼロと空戦をしてはならない」「上昇する零戦を追尾してはならない」という「三つのネバー (Never)」と呼ばれる勧告を、零戦との空戦が予想される全てのパイロットに対して行った。また、不要な装備を除きなるべく機体を軽くするように指示した。弱点を衝いた対抗策として優位高度からの一撃離脱戦法と「サッチウィーブ」と呼ばれる編隊空戦法がアメリカ軍に広く普及することになった。一撃離脱戦法とサッチウィーブが徹底された1942年年間の零戦とF4Fのキルレシオは1：5.9とされたが、この数字はアメリカ軍によるもので実際はこの通りであるか不明である。
1942年8月からガダルカナル島の戦いが始まる。前進基地が整備されるに従い、三二型もガダルカナル戦に投入可能となった。32型は翼幅を1m切断して最高速度1.5kt向上し、増産も簡易化したが、他の性能が低下、操縦性、格闘戦の上から改悪であると周防元成、藤田怡与蔵、坂井三郎といったパイロットを始め、ガダルカナル攻防戦で航続力、空戦性能の劣化に対して反対の声が上がった。結局、翼は元に戻され、左右に45リットルタンク各1を増設することになった。
1942年12月までにはスピットファイアを含む英陸軍航空部隊は、西南太平洋戦域で零戦によって壊滅されていた。
1943年（昭和18年）にオーストラリアのダーウィンにてスピットファイアMk.Vと戦闘が数度生起している。この一連の戦闘では、一式陸攻を援護して単発機の限界に近い長距離を進攻する零戦隊を自隊の基地近くで待ち伏せし迎撃するというスピットファイアMk.V隊に有利な状況であったが、零戦隊が優勢に戦っている。戦闘は一般に零戦有利といわれる低空に限らず高高度でも行われ、また当初格闘戦であったスピットファイア隊の戦闘スタイルも一撃離脱へと切り替えられたが、最後まで零戦隊の優勢は変わらなかった。
ジョン・ベダー著『スピットファイア』によると、初期の戦闘においては大きな差はなかったものの、次第に零戦が優位に変わり、また、スピットファイアには燃料切れやエンジントラブルで帰投できない機体が相次いだという。また、豪英空軍の証言として「エンジンの出力低下が激しかった」「機関砲が凍結した」などがあり、スピットファイアが南太平洋の環境に適応できず、次第に劣化していったと記載されている。
なお、零戦隊を率いていた鈴木少佐はスピットファイアの優秀性を認めており、侵攻に際しては飛行時間1,000時間以上のベテランパイロットのみで隊を編成したとの談話を残している。最終的にこの一連の戦闘における喪失機の総計は零戦5機（未帰還機は3機）に対し、スピットファイア42機（未帰還機は26機）となり、零戦隊の圧倒的な勝利で終わっている。ただし、1942年当時スピットファイアはMk. XIIまで改良が重ねられていたが、当時インド洋の制海権は日本軍が握っていたために改良型の供給が不可能であり、オーストラリア軍は改良前のMk.Vを継続して使用していた。
零戦が終局を迎えるはじまりは、1942年（昭和17年）の末の大型・高速・重武装の米陸軍機ロッキードP-38ライトニングの登場からであった。ライトニング出現の直後に米海兵隊と米海軍はチャンスヴォートF4Uコルセアを使い始めた。1943年（昭和18年）米海軍はグラマンF6Fヘルキャットを使い始めた。さらに1943年の夏以降になると前線が伸び切り補給が行き届かなくなった日本とイギリス、アメリカ、オーストラリアなどの連合国軍の形勢は逆転し、その結果零戦の優位は逆転し劣勢となった
これに先立つ1943年4月に連合艦隊長官山本五十六大将のもとで、連合艦隊、軍令部、航空本部、航空隊などが揃って行った「い号作戦」研究会での戦訓には、零戦の優秀性を認めつつも「戦闘機と言えど将来においては防御を考慮すべき。被撃墜の大半は火災による。これを防げば戦闘能力は驚異的に向上する」というものも含まれていた。そのため重量と効果の問題など研究が進められ、1943年末生産の五二型には翼内燃料タンクに自動消火装置が装備され、五二型乙には風防前部に防弾ガラス、座席後部に防弾鋼板を装備するなど、この頃から零戦に防弾が導入されていった。
1944年前半に連合国軍とサイパン島で戦った藤田怡与蔵によれば「操縦性、格闘力は何といっても二一型が優れていたので、二一型に若いパイロットたちを乗せ、五二型には自分たち古参のパイロットが乗って邀撃戦を展開した。その効き目は予期以上だった。空中でやられたのは五二型に乗っていた歴戦のベテランばかりで、その反対に、何機落とした、おれは二機だ、などと鼻息荒く帰投してくるのは、二一型で戦ってきた若い操縦者たちだった」という。
マリアナ沖海戦ではレーダーにより管制された多数の戦闘機と新兵器近接信管（VT信管）（ただし近年ではこの海戦でのVT信管の効果は疑問視されている）を配備した対空砲（VT信管使用率20%）に阻まれ大きな戦果がなく、アメリカ軍に占領されたマリアナ諸島などから日本本土に襲来する新型爆撃機、ボーイングB-29の迎撃戦においては零戦の高高度性能不足で撃墜困難のため、他の戦闘機で迎撃がほとんどであった。
1944年10月20日最初の神風特別攻撃隊が零戦によって編成され、それ以降も終戦まで零戦は特攻に使用された。大型爆弾用懸吊・投下装置を追加した末期型は代用艦爆（戦爆）として、また特別攻撃隊（神風特別攻撃）にも用いられ、レイテ沖海戦や硫黄島の戦いでは空母を撃沈破するといった戦果を挙げている。沖縄戦では、特別攻撃隊に対応してさらに強化された連合国軍の警戒網を突破するために日本側も戦術を工夫して突入を成功させ、空母を含む艦船を撃破したものの、艦隊到達前に撃墜される機も多く、アメリカ海軍やイギリス海軍、オーストラリア海軍などからなる連合国軍の艦隊を撃退するまでには至らなかった。
搭乗員の藤田怡与蔵は「零戦は戦闘機として必須のあらゆる特性を一身兼備、一千馬力から100パーセントの効率をしぼり出して再現したようなバランスのよくとれた高性能を持っていた。特に昇降舵操舵に対してはどこまでも滑らかで崩れず、いかなる速度と迎え角においても、ピシッときまる天下一品の応答をしてくれた。調教の行きとどいた駿馬とでもいったふうにパイロットの動かす通りに動いてくれた」と語っている。
登場時こそ高性能を誇った零戦であるが、後継機の開発が順調に進んだ陸軍に比べ、海軍は後継機の開発がうまくいかず、零戦は終戦まで主力機として使用され、性能でもアメリカやイギリスの新鋭機に敵わなくなった。零戦の実用化に目処が立った頃、海軍は三菱に十四試局地戦闘機（J2M1。後の雷電）の開発を指示している。しかし、試算により十四試局戦の性能が今ひとつであることが判明すると、より大馬力の発動機に換装した十四試局戦改/試製雷電 (J2M2) の開発を三菱に命じ、これを次期主力戦闘機（艦上戦闘機ではない）として零戦の減産と雷電の大増産計画を立てる一方、同じ頃に川西が提案してきた十五試水上戦闘機 (N1K1) の局地戦闘機化（後の紫電一一型、紫電二一型（紫電改））を許可している。しかし、雷電が数々のトラブルで早期戦力化が不可能、紫電一一型・二一型の実用化はまだ先という状況になったことから、この両機種の代替として零戦の武装・防弾の強化及び高速化に泥縄的に取り組まざるを得なくなってしまった。戦争中盤以降アメリカ軍は2,000馬力級エンジンを装備するF6FヘルキャットやF4Uコルセアなどの新型戦闘機を投入したが、雷電や烈風など零戦の後継機の開発に遅れた日本海軍は零戦の僅かな性能向上型 でこれらに対抗せざるを得なかった。
戦闘での消耗に加え特攻にも使用され、終戦時点で完全な形で残っていた機体は少ないが、廃棄された機体や残骸から復元した機体が展示品として国内に複数存在する。
2017年時点で飛行可能な復元機は5機(五二型１機､二二型２機､二一型１機､複座二二型１機)存在するが全てアメリカにある。またオリジナルの栄エンジンを搭載するのは五二型61-120号機1機のみで、他はP&WのR-1830など、サイズが近く入手性の良いエンジンで代用している。
アメリカ国内での操縦には飛行機の操縦士（単発ピストン）の他、連邦航空局が定めた零式艦上戦闘機の機種限定ライセンス『MI-A6M』が必要となる。
ポール・アレンは個人で3機（飛行可能1機）を所有、全てフライング・ヘリテージ・コレクションで公開し、飛行可能な1機は定期的にデモ飛行を行っている。
2016年（平成28年）1月27日、ゼロエンタープライズ・ジャパンが「零戦里帰りプロジェクト」で復元しアメリカで登録した機体（N553TT）を海上自衛隊の鹿屋航空基地で試験飛行させた。戦後の日本国内で、日本人所有の零戦が飛行するのは初。また2017年にはレッドブル・エアレース・ワールドシリーズの千葉大会でデモ飛行を行った。
この他、引き込み式主脚の代わりにフロートを付けた水上戦闘機型の「二式水上戦闘機」や複座練習機型の「零式練習戦闘機」、胴体に20mm斜銃1挺を追加した夜間戦闘機型（通称「零夜戦」）がある。また、陸上基地での運用を前提に、二二型の翼端折り畳み機構と着艦フックを廃止した「零戦一二型」と呼ばれる型が存在していたとする説が雑誌「丸」において発表されている。その他にも、翼内の九九式20mm機銃を二式30mm機銃に換装した試験機が数機試作され、ラバウルにおいて実戦テストに投入されている。
帝国海軍において塗装は「塗粧」と呼称されていたが、本項ではより一般的な「塗装」として表記する。
十二試艦上戦闘機関してはM灰緑色と呼ばれる塗料で塗装を施されたと言われており、岐阜かかみがはら航空宇宙博物館に展示されているレプリカはこれに従ったものである。制式採用時には当時の標準塗装であったP銀色による塗装を改め、防錆のためA赤褐色の下塗りの上に中塗りとしてM灰緑色を2回、その上から全面をJ灰色で塗装し、カウリングはQ黒色で塗装している。なお、機体内側は軽金属用特殊塗料であるE淡青色透明という透明なブルーで塗装され、操縦席内部などの一部はその上から淡緑色で塗装された。
後に1942年（昭和17年）10月5日より実施された「軍用機味方識別に関する海陸軍中央協定」に従い、翼前縁の内側約半分を黄色に塗装し、これを敵味方識別帯としている。また、協定に従って日の丸には白縁がつくようになった。
なお1942年末頃には、現地でD暗緑色と思われる塗色による現地応急迷彩が実施されていたことが複数の写真より確認できる。これは戦局悪化に対応し、地上撃破を防ぐための処置である。
1943年（昭和18年）2~3月頃の工場完成機では中島・三菱共に上面をD暗緑色に塗装した機体が確認でき、以降は上面暗緑色、下面灰色が標準となっている。
また、三菱と中島では塗装の塗り分けが異なる。三菱製は胴体側面から見た時に胴体後部のに灰色は殆ど見えないが、中島製は主翼後部より水平尾翼前縁をつなぐように塗り分けのラインが続く。塗料についても三菱製機体の暗緑色は青色がかっており、中島製は黄緑がかっているとされる説もあるが、それぞれが異なる塗料を使用していたとされる資料は無い。
また、しばしば論じられる灰色の色味についてだが、この色は海軍の文書では「灰色」「灰白色」、三菱社では「灰鼠色」「鼠色」と表現される。J灰色は主にジンカイトとアタナーゼの白色顔料及びカーボンブラックの黒色顔料を混ぜたベンジルセルロース塗料であり、この塗料は黄変しやすい性質を持つ軽金属用特殊塗料である。
そのため、時間経過と共に黄変したものが「飴色」として誤認された経歴があり、空技報0266に見られる「現用零式艦戦用塗色J3(灰色)のわずか飴色がかりたるもの」という記載から、白色飴色や飴色と呼ばれる色とする説も多い。
E淡青色透明に関しても同様のベンジルセルロース塗料であり、現存機でブルーがグリーンに変色している様子を確認できる。
また、例外的に日の丸の白縁を暗色で塗りつぶしたり、個人で自機に撃墜マークなど塗装をする者もいた。
独立派ゲリラによって少数が捕獲され、1945-1949年のインドネシア独立戦争においてオランダ軍に対して使用された。
戦後の内戦において、国民党と共産党の両方によって使用された。
参考
 ・ 現存する零戦のリスト（情報が少々古い点がある。）