一式戦闘機
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支那事変（日中戦争）中、1941年6月から8月にかけて一式戦に全機機種改変した第59戦隊所属の9機が、漢口から明楽武世大尉に率いられ重慶までの長距離進攻に参加、これが一式戦の初陣となる。同進攻戦では迎撃機が現れず空戦は起こらなかったが一式戦の長距離航続性能を実証した。
第64戦隊は同年8月末から9月半ばにかけ日本内地の多摩陸軍飛行場にて全機種改変。のちに第64戦隊は一式戦をその終戦まで使用し続ける部隊となり、改変時に新たに考案された部隊マーク、垂直尾翼に中隊色で描かれた「矢印（斜矢印）」はそのシンボルとなった。当時、中尉として第64戦隊第3中隊整備班長であった新美少佐は部隊マークについて以下の如く語っている。
隼に機種改変して、どうやら戦も近いらしい、戦隊マークを作らにゃいかんなあってことになって、安間さん（第3中隊長安間克己大尉）と僕、空中勤務者と、整備の下士官が集まってわさわさやってたんだけど、この矢印なら描きやすいし、格好もいいから、これにしようってことになってね
第64戦隊は夜間飛行・雲上飛行・洋上航法に力を入れつつ訓練を行い、12月3日に旧駐屯地の広東から35機全機を戦隊長加藤少佐が率い、卓越した航法により1機の落伍もなしに2千数百km・5時間30分の距離を一気に飛行し仏印のフコク島ズォンドンに進出した。7日夕刻からマレー半島コタバル上陸のため、海上を航行中の第25軍（司令官・山下奉文中将）部隊を乗せた輸送船団の上空掩護を加藤少佐以下第64戦隊7機の一式戦があたり、悪天候により3機が未帰還となるも夜間かつ荒天の悪条件のなかこれを成し遂げ、8日の太平洋戦争開戦を迎える（マレー作戦）。以降、一式戦は南方戦線（マレー・シンガポール・パレンバン・ジャワ ・ビルマ各地）で大いに活躍することとなる。
開戦の8日朝、マレー作戦に従軍し航空撃滅戦を展開する第64戦隊は加藤少佐以下全機が出撃、第2中隊機がブレニム1機（第34飛行隊スミス軍曹機）を撃墜（損傷、バターワース飛行場に胴体着陸）、さらにバターワース飛行場の在地敵機に対し対地銃砲撃（機銃掃射）しブレニム4機（第34飛行隊）を破壊、第64戦隊の損害は皆無で一式戦全機が無事帰還した。第59戦隊はコタバルの上陸船団を爆撃中である第34飛行隊・第60飛行隊の多数のブレニムと交戦。1機を喪失するも2機を撃墜（第60飛行隊ベネット少佐機・ボウデン大尉機）、1機を撃破し飛行場に不時着させた。
12月22日、第64戦隊の一式戦23機はクアラルンプール飛行場を攻撃、迎撃に現れた第453飛行隊のバッファロー12機と交戦、1機を喪失（リード軍曹機と衝突）するも3機を撃墜、4機を撃破（不時着損傷）。同日午後、同じくクアラルンプール飛行場を今度は第59戦隊の一式戦4機が攻撃し、損害無く離陸直後のバッファロー1機（第453飛行隊ピーターソン軍曹機）を撃墜。28日、第59戦隊の一式戦は夜間空襲に飛来したブレニム4機と交戦（夜戦）し1機を撃墜（第34飛行隊ヒル大尉機）、この戦果は開戦以来日本軍初の「夜間撃墜」である。なお、陸軍航空部隊では一般の単座戦闘機・一般の飛行部隊・一般の操縦者にも夜戦のスキルが求められており（操縦者は夜間飛行をこなせてこそ一人前たる「技量甲」の認定を戴く）、この第59戦隊による夜戦撃墜や、開戦前日の第64戦隊による上陸部隊輸送船団夜間上空掩護、各地での爆装戦闘機（戦闘爆撃機）による夜間奇襲爆撃など陸軍は数々の夜間任務を全期間を通じて積極的に行っている。一方で、日本海軍航空隊では大半の単座戦闘機およびその操縦員には夜戦の技量が無く、また夜間任務そのものが例外的なものであり、原則的に専用の複座ないし三座の夜間専用機・夜間飛行部隊が対処していた。
1942年1月20日、数日前に中東方面より新鋭補充機としてシンガポールに到着していたハリケーンと第64戦隊は初めて交戦、一式戦は1機を喪失するも敵指揮官機以下3機を撃墜（臨時第232飛行隊ランデルス少佐機・マーチパンクス少尉機・ウィリアムズ少尉機）。当初からホ103を2門装備した特別仕様機である加藤少佐機は一連射5、6発でハリケーン（ウィリアムズ少尉機）を発火させている。
2月上旬、第64戦隊・第59戦隊は蘭印作戦に転戦。6日、第59戦隊の一式戦14機はパレンバン飛行場を攻撃し、6機を撃墜（ブレニム2機、第211飛行隊。ハリケーン4機、第258飛行隊）するも損害は皆無で全機が無事帰還した。以降、数次に渡って行われたパレンバン航空撃滅戦で一式戦はイギリス空軍を圧倒した。
2月14日、パレンバン空挺作戦発動。スマトラ島パレンバンに奇襲落下傘降下する第1挺進団挺進第2連隊（「空の神兵」）の挺進兵を乗せた一〇〇式輸送機（キ57）とロ式貨物輸送機、物料傘投下用の九七式重爆を加藤少佐の統一指揮のもと第64戦隊・第59戦隊が空中掩護。一式戦は第258飛行隊のハリケーン15機と応戦した結果、第64戦隊機がマクナマラ少尉機とマッカロック少尉機を撃墜した（うち1機は加藤少佐の戦果とされている）。この空戦における日本軍側喪失機は飛行場高射砲によって撃墜された物料傘投下用の九七式重爆1機のみで、挺進飛行戦隊の輸送機と一式戦に損害はなく、一式戦と「空の神兵」の活躍で空挺作戦は成功し太平洋戦争の最重要攻略目標であるパレンバン油田・製油所および飛行場は占領確保された。
大本営発表、2月15日午後5時10分。強力なる帝国陸軍落下傘部隊は、2月14日午前11時26分、蘭印最大の油田地たる、スマトラ島パレンバンに対する奇襲降下に成功し、敵を撃破して、飛行場その他の要地を占領確保するとともに、更に戦果を拡張中なり。陸軍航空部隊は本作戦に密接に協力するとともに、すでにその一部は本15日午前同地飛行場に躍進せり。終わり
第64戦隊は終戦までに計7枚（うち1枚は加藤少将の個人感状、前身部隊時を含めると計9枚）と日本軍最多数の感状を拝受しているが、うち3枚はマレー上陸作戦（船団掩護）・パレンバン空挺作戦・ジャワ上陸作戦の活躍によるものである。
以下一連の一式戦の戦果は、戦史家梅本弘が日本軍の戦果記録を連合軍の損害記録たる一次史料と照会した「確認が出来た最小限で確実な数字たる戦果」である。一式戦は緒戦の空戦において約4倍の数を、対戦闘機戦では約3倍の数の敵機を撃墜した。
1941年12月8日の開戦（マレー作戦開始）から1942年3月9日（蘭印作戦終了）の期間中
第59戦隊・第64戦隊の一式戦は連合軍機61機撃墜 （第59戦隊30機、第64戦隊27機、両戦隊協同4機）
撃墜連合軍機の機種内訳は戦闘機43機
さらに蘭印作戦中にバタビア沖上空にて1機のB-17E（フランクリン機長、41-2503号機）を撃墜
日本軍側の空戦による損害は第59戦隊・第64戦隊計16機喪失（戦死11名・生還5名）
これら一式戦の緒戦において第64戦隊の加藤少佐が特に有名であるが、第59戦隊においても飛行隊長牟田弘國少佐が相当の活躍と技量の高さを見せている。牟田少佐とその僚機からなる通称「牟田編隊」は上記の期間中、損害1機に対して13機を撃墜した（牟田少佐の戦果報告は連合軍の損害記録と毎回完全に一致）。ちなみに、牟田少佐は第100飛行団長たる中佐で終戦を迎え、戦後は航空自衛隊に入隊し第6代航空幕僚長、さらには空自出身者初となる第4代統合幕僚会議議長と自衛隊制服組の頂点に登り詰めている。
なお、蘭印作戦において日本軍はジャワ島にてアメリカ陸軍航空軍のB-17EおよびB-17Dを飛行可能状態で鹵獲し、陸軍はこれを調査研究するとともにのちには戦闘隊の対大型爆撃機攻撃訓練目標機に使用している。この訓練には第64戦隊・第50戦隊・飛行第11戦隊が参加し戦技向上に一役買い、第64戦隊の黒江保彦大尉はB-17に搭乗し機内から攻撃を観察し助言、実際に第11戦隊はのちのソロモン方面のB-17迎撃に戦果を挙げ効果を実証している（#ソロモン、ニューギニア航空戦）。このB-17は他の鹵獲機ともども日本本土に空輸され徹底的な調査が行われた一方、一式戦の開発模様を描いた1942年10月公開の映画『翼の凱歌』終盤で「南方で一式戦に撃墜される敵機役」として「出演」している。