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一式戦闘機
機体の特徴 > 飛行性能 > 運動性能

一式戦は1,000馬力級エンジンを装備した戦闘機としては非常に軽快な運動性を持っていた。しかし、試作機の最大速度が九七戦とさほど差がなかったことから、旋回性についても九七戦と同等以上の確保が要求されたため、キ44用に開発された蝶型フラップ（空力班としてこれらの研究開発に携わっていたのが糸川技師）が装備された。このフラップは戦闘フラップ（空戦フラップ）としても使用することが可能で、旋回半径を小さくするのに効果的であったが扱いが難しいため、熟練者でなければ実戦で上手く活用することは難しかったとされている。鹵獲一式戦をテストした連合軍は旋回性に対して「とくに"戦闘フラップ"を使用したときの旋回能力はきわめて高く、零戦に勝る」と評価している。先述の通り、九七戦との比較についてはのちに戦闘フラップを使用しなくとも、水平方向でなく垂直方向の格闘戦に持ち込むことで圧倒可能と判断されている。一式戦一型の翼面荷重は102kg/m²、二型は117kg/m²、二式戦一型は171kg/m²、Bf109-Eは170kg/m²であり、一式戦の数値は群を抜いている。ちなみに零戦二一型は107.89 kg/m²、F4Fは115kg/m²、スピットファイア Mk. IXeは149 kg/m²であり、各国戦闘機の設計思想がうかがえる。
操縦性・安定性もきわめて高く、機体構造が強化されて以降は危険な飛行特性も無くなり、離着陸時の操縦性・失速特性も良好であった。
連合軍は一式戦の低高度・低速域における運動性・加速性の高さを脅威と見なしており、そのため「格闘戦を避け一撃離脱戦法の徹底」「速力と高高度性能を生かし高速・高高度を維持する」「一式戦が不得意な急降下による離脱」といった対策を心がけるようになっていった。以下は一式戦と対峙した連合軍戦闘機操縦者の発言である。
欧州から来たばかりのパイロットは、01（ゼロワン。一式戦のこと）やゼロ（ビルマ方面の連合軍は一式戦を零戦と誤認しているためこのゼロとは零戦ではなく一式戦のこと）との格闘戦を試みるのは死にに行くのと同然だ、という教訓を頭に叩きこまれた。軽量な日本機は軽快な運動性を持ち、米軍と英軍のどの戦闘機と戦っても内側に回り込んでくる。（後略）

ここでの戦闘の戦術はドイツ空軍相手の戦術とまったく別ものだ。日本機は低い高度で非常に運動性が高い。（中略）絶対に低高度での低速格闘戦に誘い込まれてはならない
（前略）格闘戦や旋回戦に入ったら一巻の終わりだ

第一に格闘戦を避けねばならない。これに巻き込まれれば日本機は高い運動性を発揮し、君の勝ち目はほとんどない
 — ニューギニア航空戦で主に一式戦と交戦したアメリカ軍
二型・三型と改良されているものの一式戦の最大速度は連合軍戦闘機と比較すると劣速であり、さらに連合軍は大戦中期以降は初期の戦訓から一式戦の得意とする格闘戦を避け一撃離脱戦法を徹底、高性能の無線機による複数機の連携で対抗するようになった。大戦中後期には、基礎工業力や補給能力の低さにより必要な機体数や補充操縦者、物資を十分に揃えられなかった日本軍は劣勢となり、一式戦に限らず日本軍機は稼働率が低下していった。
第59戦隊飛行隊長南郷大尉は1943年12月16日の戦爆連合40機（一式戦16機・三式戦18機・一〇〇式重爆撃機「呑龍」6機）によるマーカス岬上陸連合軍攻撃任務においてP-38 15機と交戦したが、高空から急降下一撃離脱を行うP-38に5機の一〇〇式重爆が撃墜されたことに対し「P-38に翻弄され、もはや一式戦の時代にあらず」と日記に記しており、600 km/hを超える高速機が一撃離脱戦法に徹した場合は対処が難しいことが判明している。なお、この空戦の2日後には再度マーカス岬に南郷機ら一式戦と三式戦の戦闘機単独計30機が出動して16機のP-38と交戦し、運動性を活かして2機を確実撃墜した結果、損失は1機であった。
しかし、操縦者らは運動性を最大限に引き出して大戦中後期の劣勢下でも一定の戦果を挙げていた（#ビルマ航空戦・#インドシナ、マレー、インドネシア方面・#中国航空戦）。特に爆撃機を護衛する戦闘機は護衛対象から離れられないため、実戦では高度の維持や一撃離脱戦法の徹底が難しく、運動性に優れる一式戦を追う間に格闘戦に引きずり込まれたり、攻撃を回避され弾を無駄撃ちし過ぎた事例もある。そういった大戦後期の一式戦の特性を「落とせないが、落とされない」とも評される。一例として1944年7月5日、中国戦線の九江にて飛行第48戦隊の一式戦が第26戦闘飛行隊のP-51Bと交戦し1機を確実撃墜（メイス中尉機）。P-51B撃墜後に一式戦の多くは離脱するも、ただ残った少候出身のベテラン木村増吉中尉機とされる1機は8機ものP-51Bと交戦、一式戦は巧みな機動で攻撃を回避しP-51B全機は全弾を撃ち尽くしてもこれを撃墜することはできなかった。アメリカ軍はこの一式戦操縦者を「九江のエース」と名付け、以降同方面への出撃時は警戒するようになった事例がある（#中国航空戦）。
機体の特徴 > 飛行性能 > 高度性能

実用上昇限度はカタログスペックでは10,000mに到達していた。しかし戦闘機に搭載できる液冷エンジンに2段2速のスーパーチャージャーを採用し、7,000m以上でも安定した性能を発揮する欧米戦闘機に対し、日本では技術的制約から空冷に1段2速のスーパーチャージャーが限界であった。実戦では5,000m付近から性能の低下が報告され、利点である運動性・加速性・上昇力を発揮できなかった。またエンジンだけでなく無線機などの装備も気温の影響を受けやすく運用上の制限となった。
以下は1943年4月10日に第64戦隊第1中隊に着任、1944年3月16日に空戦で負傷し内地に帰還するまでビルマ航空戦を戦った伊藤直之大尉の発言の抜粋である。
（前略）隼も5000m以下なら、敵機と互角にやれるけど、5000m以上になるとぐっと性能が低下するし、（後略）
 — 元陸軍大尉 伊藤直之
機体の特徴 > 武装

「軽単座戦闘機（軽戦）」と定義される一式戦は、「運用目的を対戦闘機戦闘に絞ることで武装の限定等の軽量化を可能とし、低出力エンジンでも一定の性能を確保する」という思想の元で開発されたため、並行開発中の「重単座戦闘機（重戦）」である二式戦とは異なり、開発当初は武装は（7.7mm・7.92mm級）機関銃と軽装とされていた（#『陸軍航空兵器研究方針』）。当初はドイツ製のMG17 7.92mm機関銃の国産型が予定され、実際に試作1~3号機に2挺ずつ搭載されていた。この機関銃は口径こそ従来の7.7mm機関銃と大差ないが、より発射速度と弾丸威力の大きい新型で九八式固定機関銃の名で制式採用となった。ところが、使用するばねの国産化が上手くいかずプロペラ同調に狂いが生じたため、4号機以降の増加試作機や一型甲（キ43-I甲）には従来の八九式固定機関銃（口径7.7mm）が機首に2挺装備された。
しかし1939年（昭和14年）、ノモンハン事件の戦訓や欧米機情勢の研究によって時流に乗った陸軍はより威力の大きい口径12.7mmの機関砲の搭載を模索、ホ101・ホ102・ホ103・ホ104の4種類の試作が始まった。ホ102はイ式重爆撃機としてイタリアより輸入したBR.20搭載のSAFAT 12.7mm機関銃の国産型で、増加試作機の7号機と10号機に搭載して試験が行われた。ホ103は、アメリカのM2 12.7mm重機関銃の航空機関銃型であるAN/M2 12.7mm機関銃(MG53-2)を参考に、ブレダSAFATの弾薬筒規格（もともとはイギリスのヴィッカーズ系12.7mm×81SR弾。AN/M2 12.7mmは12.7mm×99弾を使用）に変更・開発されたものであり、これは一式十二・七粍固定機関砲（一式固定機関砲）の名称で制式採用され、のちの陸軍主力航空機関砲となる。なお、1936年（昭和11年）に陸軍は「機関砲」と「機関銃」の区分を改正、「砲」に類似した構造機能のものは「機関砲」および「銃」に類似した構造機能のものは「機関銃」とすることとし、名称も制定時に振り分けられることとなっている（従来は口径11mm以下を一律に「機関銃」と定義）。そのため口径12.7mmでありながら後述の榴弾を有するホ103は「機関砲」とされた（反対に榴弾は有しないものの口径13.2mmで、かつては「機関砲」であった九二式車載十三粍機関砲・ホ式十三粍高射機関砲は、それぞれ九二式車載十三粍機関銃・ホ式十三粍高射機関銃と「機関銃」に改称）。
一式戦は開発中だったホ103の生産にめどがついたことから機首左側の八九式をホ103へ換装することになり、これは順次施され一型乙（キ43-I乙）と称された。太平洋戦争開戦時までには全ての第一線機が最低でも機首右側に八九式を1挺、左側にホ103を1門装備の一型乙となっており、7.7mm（八九式）2挺のみの一式戦は実戦には事実上投入されていない。八九式とホ103の交換は容易に可能であるが、初期のこの混成装備の主な理由はホ103は新鋭兵器であるゆえに数が不足しており、信頼性（故障）も考慮したためとされる。一方で、太平洋戦争開戦前に一式戦を受領する第64戦隊長加藤建夫少佐は「自分がまず試し、いずれ全機を機関砲2門にしたい」と航本に上申し、戦隊長機たる自身の搭乗機にホ103を2門装備させている。第64戦隊長となる前の加藤少佐は航本部員であり、航本教育部員時代には性能不十分なキ43自体の制式採用や、重量が重く新兵器ゆえに信頼性にも劣る機関砲の装備にも反対していたが、戦隊長として航本の頼冨美夫大尉（航本総務部員として一式戦採用に携わる。戦後は航空自衛隊空将補）から一式戦への機種改変を知らされた際には一切の不平を言わず機体の研究に励み、他の操縦者達がホ103に対し信頼を抱かせるように機体受領時の時点で2門装備とさせている。のちの一型丙（キ43-I丙）からは機首2門ともホ103装備となるが、上述の通りホ103(12.7mm)と八九式(7.7mm)の換装は第一線飛行部隊でも容易に実施可能な作業であり、第64戦隊長加藤少佐機のように開戦前にはホ103 2門装備の機体も存在しているため、乙・丙といったものは便宜的な区別に過ぎない。
ホ103は発射速度も良好で、モデルとなったAN/M2 12.7mmにはない榴弾（炸裂弾）であるマ103が使用可能かつ、より小型軽量という長所がある一方で、軽量弱装弾のため威力や有効射程に劣るという短所もあった。初期はマ103の機械式信管の不具合により、弾丸が砲身内で破裂して機体を破損するケース（腔発）が多発しており、このため、初期には砲身に鉄板を巻くことで腔発時の被害を少しでも軽減する措置がとられた。しかしながら、ホ103・マ103の量産と並行してこれらの不具合も徐々に改良されていき、1943年後半には新型マ103（新型マ弾）が実用化され同年末から早急に実戦配備されている。この新型マ103は陸軍で新開発された空気式信管を使用することにより暴発事故は激減、かつ生産効率が（従来の複雑な機械式信管と比べ）8倍に上がり、さらに信管機構が単純化されたことにより弾丸にスペースができ炸薬が増量されたため火力が増大した。当然ながら、大型で重量のある弾丸を持ち炸薬および装薬量も多い本格的な20mm榴弾と比べ、新型マ103といえど12.7mm弾にすぎない本弾薬筒の威力には限界があるものの（高威力を望む陸軍は続いてホ103をベースとする口径20mmのホ5 二式二十粍固定機関砲を開発・採用している）、実戦で新型マ103を使用する一式戦と交戦したアメリカ軍機乗員は、その破壊力から「20mm弾が命中した」とよく誤認・報告していることが確認できている。1943年12月1日、ラングーンに飛来したアメリカ軍戦爆連合82機を第64戦隊を中心とする陸軍戦闘隊が迎撃し、指揮官機たる第7爆撃航空群第493爆撃飛行隊長プランマー中佐機や第308爆撃航空群指揮官オブライエン少佐機を筆頭に6機のB-24を確実撃墜しているが（第530戦闘爆撃飛行隊の1機のP-51Aも確実撃墜、日本側の損失は2機被撃墜（戦死1名）と5機が被弾損傷あるいは不時着に止まっている）、同空戦が初陣となったのちのエース・池沢十四三伍長はこの頃から新型マ103を使用し始めたと証言している。
一式戦が搭載するホ103の装弾数は1門につき計270発で、弾種は基本的に一式曳光徹甲弾弾薬筒・マ103・マ102（マ103と同じマ弾でありこちらは焼夷弾）の3種類を各割合1で使用していた。
機体の特徴 > 武装 > 火力

「空の狙撃兵」と呼ばれた九七戦より更に高い射撃安定性を持つ一式戦は、武装搭載数の割には命中率がよかったと言われる。しかし、ラバウルやニューギニア、ビルマでB-17やB-24の4発大型爆撃機の迎撃にあたっては、防弾装備の質の高さやハリネズミと形容された旋回機関銃の防御砲火により苦戦を強いられるなど、設計時に想定していない大型爆撃機迎撃に用いるには火力不足であった。第64戦隊長加藤中佐機が撃墜されたのも、火力不足を補うためにイギリス空軍のブレニムに接近しすぎ、機体引起し時に腹部を晒したことが原因の一つだったとされている。緒戦である南方作戦中の1942年2月19日に第59戦隊・第64戦隊の一式戦が協同でB-17E 1機を確実撃墜しているが、防御砲火により2機が撃墜されている。
ただし一式戦の火力は大型爆撃機に対し無力だったというわけではなく、日本陸軍航空部隊自体が爆撃機攻撃に慣れ、編み出した「対進攻撃」を実施するようになると着実に撃墜戦果を多数挙げており、一例として（両軍の損害報告からの数字）飛行第25戦隊・飛行第33戦隊の一式戦は1943年8月の漢口の迎撃戦などでアメリカ陸軍第425爆撃飛行隊のB-24に対し前上方・前下方からの反航攻撃を試み、1か月に満たぬ期間で損失2機に対し10機を確実撃墜、1943年末以降は上述の通り新型マ103が配備されているため、信頼性とともに一式戦の火力は従来より増していることとなる。末期にはB-17・B-24を凌駕する最新鋭のB-29に対しても一式戦は戦果を残しており、例として1944年11月5日、シンガポールのセレター軍港に飛来した53機のB-29を第1野戦補充飛行隊と第17錬成飛行隊の一式戦15機が迎撃、損失1機に対し最高指揮官機たる第468超重爆撃航空群指揮官テッド・フォールカー大佐機1機を確実撃墜した。誤認による事故であるが、陸軍機と異なり防弾装備が皆無である海軍の九六式陸上攻撃機の右エンジンに短い連射を浴びせただけで空中爆発させ、撃墜してしまった「実績」もある。
連合軍機との火力差を埋めようにも主翼が翼銃・翼砲搭載に向かない三桁構造であったため、搭載するには主翼構造自体を再設計して変更せざるを得ず、新たな生産ラインを作る手間と時間が必要だった。また中島においては、より高速で12.7mmや40mmの翼砲を持つ二式戦や、20mm砲を装備する後続機たる四式戦の開発・配備が進んでいたためか、一式戦への翼銃砲の装備は見送られた。手っ取り早い武装強化として主翼下へのガンポッド装備も検討されたが、飛行性能が低下することからこれも見送られている。ホ103の拡大型であり四式戦などに装備されていた口径20mmのホ5 二式二十粍固定機関砲を搭載したキ43-III乙も試作されたが制式には至らなかった。キ43-III乙不採用の経緯については従来語られてきた機体性能の低下ではなく（上昇力・上昇限度はキ43-III甲よりわずかに劣るものの急降下性能は向上）、すでにキ43-III甲用の発動機架が大量に用意されていたためとされる。
機体の特徴 > 防弾装備

一式戦は1939年の試作段階から陸軍の指示により、被弾時の燃料漏れによる火災を防ぐため、燃料タンクの外装を薄い積層ゴム（3層）・絹フェルト・絹布で包んだ7.7mm弾対応のセルフシーリング[要曖昧さ回避]式防弾タンク（防漏タンク・防火タンク・自動防漏式タンクとも）を有しており、これは制式化されたのちの一型全機が装備している。改良型の二型では、燃料容量36l減と引き換えに耐弾防火性に優れ12.7mm弾に対応する、航技研第2部開発の13mm厚積層ゴム（外装式3層）の新型防弾タンクに換装。かつ、二型は1943年6月よりの量産型（中島製5580号機より）からは操縦者の頭部と上半身を保護するため、操縦席後部に13mm厚・合計3枚・合計重量48kgの防弾鋼板（防楯鋼板。12.7mm弾対応）を追加装備した。実戦配備の一例として、第64戦隊は1943年7月19日時点でこの防弾鋼板装備型を補充機として受領している。
帝国陸軍は欧米機情勢の研究、およびソ連軍を相手としたノモンハン事件の戦訓によって海軍と異なり防弾装備の重要性を痛感しており、一式戦や二式戦といった次期主力戦闘機のみならず、九七式重爆撃機（キ21、1939年中頃の初期量産型一型乙の時点で燃料および潤滑油タンクを積層ゴム等による防弾タンク化済。1943年中頃の二型乙からはさらに操縦席と後上方砲塔へ16mm厚防弾鋼板・70mm厚防弾ガラスを追加、防弾タンクは16mm厚積層ゴムに換装し自動消火装置も装備）や、九九式襲撃機（キ51、1939年の試作時点から防弾タンクおよび、エンジン下面・操縦席下面・操縦席背面・胴体下面・中央翼下面に6mm厚防弾鋼板を装備）といった主力重爆撃機・襲撃機（攻撃機）でも早々から相応の防弾装備を要求し採用している。後継主力戦闘機である四式戦では、新型防弾タンク・13mm厚防弾鋼板に加え風防前面に70mm厚防弾ガラスを追加し撃たれ強い機体となっている。
これら防弾装備が考慮されていた一式戦であっても、同世代欧米機の装備（防弾タンクは効果に最も優れる内装式、防弾鋼板は操縦席後部に限らず前部等にも取付、前後の防弾ガラス等）には劣っていたが、防弾タンク・防弾鋼板と合わせて一定の効果が発揮された。
機体の特徴 > 防弾装備 > 防弾タンク

7.7mm弾対応防弾タンクを持つ一型をもって、7.7mm機関銃（.303ブリティッシュ弾仕様ブローニング Mk.2）装備のハリケーンやB-339系（F2A バッファロー）と交戦した開戦劈頭の第59戦隊・第64戦隊では、一式戦（一型）の防弾は十分に効果があったと判定されている。戦隊は新鋭一式戦や戦況について内地へ多数報告しているが、その中には「防弾タンク効果あり」の一文が存在している。
二型で採用された12.7mm弾対応防弾タンクにおいても、相応の実用性は確認されている。航技研第2部で防弾装備の研究・開発にあたっていた今村和男航技中尉は、鹵獲したB-17Dを参考にして12.7mm弾対応の新型防弾タンクを実用化する。合成ゴムのネオプレンを使用したアメリカ軍機の内装式は技術的制約から日本では製造できないため、天然ゴムをタンク外側に貼った外装式とし、肝心の耐弾性に関しては研究の結果、ゴムに加える硫黄の量を減らすことでゴムは割けずに膨らみ溶けて被弾した割け目を塞ぐことに成功し、この外装式でも対12.7mm弾なら一応持ちこたえる能力を発揮した。この新型防弾タンクについては第一線部隊から感謝の電報が送られたうえ、今村中尉ら航技研第2部の開発陣には第2号目となる陸軍技術有功章が陸軍大臣から授与された（授与第1号は三菱の一〇〇式司偵開発陣）。
機体の特徴 > 防弾装備 > 防弾鋼板

防弾鋼板の効力に関しては、1943年10月に第64戦隊に着任以後敗戦まで二型・三型に搭乗し第一線で戦った池田昌弘軍曹（陸軍少年飛行兵11期、総飛行時間1,300時間）による以下の証言がある。池田軍曹の証言では頭部鋼板は8mm厚2枚の計16mm厚となっている。なお、P-38はAN/M2 20mm機関砲1門とAN/M2 12.7mm機関銃4挺を射撃安定性に優れる機首に集中装備した重武装機である。
わたしはP38にやられたとき（昭和19年10月18日）、防弾板で命拾いしました。

（中略）で、マウビ飛行場の上で、4機見つけて「こーら、しめた」と思うて、攻撃しようとしたら、後ろからガガーンっと来て、初めて気づいたんですよ。頭の防弾板は8ミリが2枚になってるんです。それが、1枚目は、吹っ飛んでしもうて、2枚目は割れてました。そやから、防弾板は着けとって良かったわ。

機付長の少飛8期生が「駄目だぞ！これ外しちゃ」って、「なんなら、もう1枚着けたろか」なんてね。スピードの5キロや、10キロの差を云々するより、着けとった方が皆、生き残ったことと思いますねェ。
 — 元陸軍軍曹 池田昌弘
操縦者や所属によっては、少しでも搭乗機の性能を向上させるため重く嵩張る防弾鋼板が意図的に外されることもあった。また、後方警戒をし易くするため頭部鋼板のみ外し、背面鋼板は残されることもあった。上述の第64戦隊池田軍曹は「わたしは防弾鋼板は外さなかった。機付長が、絶対駄目だって外してくれへんのですよ。外してくれいうたことがあるんです。みんな外しますからね。でも1中隊は外さなかった。隅野さんがいた3中隊では、みな張り切って外しとった」、「取っても、そんなに（性能は）変わらんと思うんですけど。まァ、重さにしたらかなり重量（60キロ）あるから……、でも、外したから「そォら、スピード上がった」いうことはなかった思いますけど、気持ちの問題やないですかね」と述べている。
戦闘爆撃機

一式戦は両翼下に最大250kg爆弾を1発ずつ懸架ないし落下タンクとの併用が可能であった。しかし大型爆弾を搭載した場合飛行性能が大幅に低下し最大の利点である運動性能が犠牲になる他、脚部の強度が不十分であるため離着陸に注意が必要であるなど運用上の制限が存在した。
主に大戦中期以降には飛行分科「戦闘」の部隊において、一式戦（一式戦に限らず三式戦・四式戦・二式複戦）といった陸軍戦闘機は通常爆弾・タ弾（クラスター爆弾）・カ弾（焼夷弾）を搭載した戦闘爆撃機として対地および対艦攻撃に積極的に使用されている。
さらに飛行第31戦隊・飛行第65戦隊などの飛行分科「襲撃」の部隊は「爆装一式戦」に機種改変し爆撃（襲撃）任務に投入されている。特に沖縄戦従軍下の第65戦隊は整備隊が考案したチャフ散布装置を各機に装備させる、超低空飛行を行うなどし沖縄近海の連合軍艦船や制圧下の地上施設に対し通常攻撃で戦果を挙げた。
第64戦隊の爆装一式戦による対艦攻撃の確実戦果一例として、1945年2月11日、ラムリー島の戦いにおいてイギリス海軍艦艇攻撃に出撃した12機のうち、池沢軍曹機と僚機の池田軍曹機の2機が2,200t級駆逐艦「パスファインダー」に急降下爆撃を敢行、艦尾に2発の直撃弾を与え大破させている。「パスファインダー」は戦線を離脱しイギリス本国に曳航されたものの、損傷激しく戦後廃艦となっているため事実上の戦没であった。
また輸送船団掩護時に、本来は想定されていない任務であるが小型爆弾を装備しての対潜哨戒機としても運用されている。1944年10月以降のフィリピン防衛戦では、一式戦を装備する飛行第20戦隊が機体を洋上迷彩たる濃紺に塗装し制空戦闘機兼対潜哨戒機としてこれを運用していた。ほか、1944年4月14日11時20分頃、アンダマン諸島沖船団掩護中の飛行第26戦隊石川清曹長機が、船団前方3,000m付近で敵潜水艦が放った魚雷航跡3本を発見。基地に無線報告するとともに敵潜推定位置に爆弾を投下、航走中の魚雷に対して機関砲を射撃、それでも魚雷は1,200名乗船の輸送船「松川丸」に迫ったため、これに体当たりし2本を爆発させ輸送船を護った事例がある（石川曹長は戦死後任陸軍少尉、個人感状拝受）。
連合軍と一式戦

交戦相手の連合軍において一式戦は海軍の零戦と誤認される事例が多かった。風防・天蓋・主翼・尾部および胴体の形状が大きく異なるが、全体の外観や性能が類似していることに加え、支那事変（日中戦争）への実戦投入は零戦が早く連合軍はその存在を太平洋戦争開戦前に認識していたこと、1942年夏まで一式戦は各地に出揃っていないことが理由として挙げられる（緒戦たる南方作戦における一式戦の主戦場はマレー、シンガポール攻略戦とインドネシア攻略戦。ビルマ攻略戦は1941年12月25日に臨時に第64戦隊が投入されたのみで本格的な転戦は1942年3月21日から。フィリピン攻略戦に一式戦は未投入）。ビルマ方面のイギリス空軍からは「ゼロ・ファイター」に類似した「ワン・ファイター」ということで「01（ゼロワン）」と、それ以前にフライング・タイガース(AVG)によって「ニューゼロ」と呼ばれたことも一時期あったという。大戦中後期に至っても、またビルマ・ニューギニア・中国方面といった陸軍航空部隊の主戦場であっても零戦との誤認は多く、そのため「零戦の戦果とされているものの一定数は一式戦の戦果」である（#「ブラックドラゴン飛行隊」伝説ほか）。事実、一式戦が大戦初期からその末期まで一貫して互角ないしそれ以上の活躍を見せていたビルマ方面において、一式戦と交戦していたアメリカ・イギリス軍機操縦者などは殆どの場合、相手の日本軍戦闘機を「ゼロ（零戦）」と認識・報告していた。
一式戦の性能面に対して、上述の通り連合軍は低高度・低速域における運動性・加速性の高さを脅威と見なし、対策を徹底した。
連合軍と一式戦 > 連合軍エースとの空戦

連合軍のトップクラスのエースを相手とした一式戦による確実戦果としては主に以下の事例が存在する。
1944年3月5日、ニューギニア戦線において、飛行第77戦隊三苫軍曹・青柳軍曹操縦の一式戦が、21機撃墜を誇るニール・カービィ大佐操縦のP-47Dを確実撃墜。
1944年初期、当時21機撃墜のニール・カービィ大佐（P-47操縦）は24機撃墜のリチャード・ボング大尉（P-38操縦）とアメリカ軍トップ・エースの座を巡り争っており、カービィ大佐は第348戦闘航空群指揮官（群長・司令）として新鋭のP-47を操縦し、1943年10月には同戦線にて第64戦隊初代戦隊長を歴任したベテランである第14飛行団長寺西多美弥中佐操縦の一式戦を撃墜するなど戦果を多数記録していた。しかし3月5日、僚機のP-47D 2機を率いて飛行第208戦隊の九九式双軽爆撃機3機を攻撃中のところを第77戦隊の一式戦5機が奇襲し、三苫軍曹機・青柳軍曹機が低空を低速でもがきまわるカービィ大佐機の操縦席に機関砲を射撃しこれを撃墜。ただちに部下のP-47Dが駆けつけたもののカービィ大佐は戦死した。一式戦の損害は1機が被弾不時着のみ。
1945年1月7日、フィリピン戦線において、飛行第54戦隊杉本明准尉操縦の一式戦と飛行第71戦隊福田瑞則軍曹操縦の四式戦が、P-38 4機編隊と遭遇。38機撃墜を誇るアメリカ全軍第2位のエースであるトーマス・マクガイア少佐操縦のP-38L、僚機でベテランのジャック・リットメイヤー中尉のP-38Jが未帰還(戦死)。
不意の遭遇戦で4機のP-38に遭遇し劣位から応戦した杉本准尉機は離脱に成功するも被弾、不時着に成功したが地上でゲリラに射殺された。杉本機の空戦を目撃し現場に駆けつけた福田軍曹機は対進戦でP-38 1機を撃墜。福田機は残ったP-38 2機（エド・ウィーバー大尉機、ダグ・スロップ中尉機）の追撃を回避、生還するも機体は被弾多数により廃棄。福田軍曹は空戦時はマラリアの高熱により意識朦朧状態であり、かつ落下タンクと100kg爆弾を搭載したままであった。本空戦は乱戦であり、マクガイア機は杉本機または福田機に撃墜されたとする説、低空・低速で無理な機動を試みたことにより失速・墜落したとする説があり、詳細は明らかでない。いずれにせよ、日本陸軍との戦闘でアメリカ軍の両名が戦死したことは事実である。
→詳細は「トーマス・マクガイア § 最期」を参照
連合軍と一式戦 > 「ブラックドラゴン飛行隊」伝説

ビルマ方面のアメリカ陸軍航空軍・イギリス空軍各飛行部隊の操縦者は、現地の強力なある日本軍戦闘隊を「ブラックドラゴン飛行隊」と呼称していた。第7爆撃航空群・第22爆撃飛行隊・第311戦闘爆撃飛行隊・第530戦闘爆撃飛行隊（米）、第67飛行隊（英）などの報告・戦記にこの「ブラックドラゴン飛行隊」に関する証言・記述があり、その内容は曰く「ガダルカナルからきた精鋭」「6機の零戦隊で、指揮官は黒塗りのメッサーシュミット109(Bf 109)」などとまことに想像力豊かなものであった。当然ながらこの方面は第64戦隊・第50戦隊等、主に一式戦を装備した日本陸軍航空部隊の担当戦域であり日本海軍航空部隊の零戦は関係が無く（ビルマ方面への日本海軍航空部隊と零戦の投入は1943年12月から1944年2月にかけてのごく短期間であり、陸軍第3航空軍が行っていたカルカッタ爆撃に呼応する形で海軍第十三航空艦隊の第二〇二海軍航空隊と第三三一海軍航空隊が進出し、1943年12月の陸海軍共同作戦である龍一号作戦などに参加した程度である）、「ブラックドラゴン飛行隊」の正体は言わば「ブラックファルコン飛行隊（隼飛行隊）」となる。
連合軍と一式戦 > 一式戦とグリフォンスピット

1945年8月15日、太平洋戦争開戦時の進出基地であったフコク島ズォンドンにて、これも開戦時同様のタイランド湾の船団掩護を最後の任務とした第64戦隊は、翌16日にクラコールに移転し敗戦を迎えた。同月下旬、クラコール飛行場にイギリス空軍先遣部隊が進出し武装解除。続々と後続が進出するごとに日英ともに緊張も解け交流が始まり、一式戦とスピットファイアの編隊飛行が実現した。戦隊長宮辺少佐の「おいっ、スピットと一緒に飛びたい者、1機だけだ」の発言に操縦者達は皆挙手したが、最終的に戦隊古参のエースである坪根康祐准尉が選ばれスピットファイアを長機とし2機は離陸。2機はクラコール市街上空を低空で飛び回り、日英操縦者達の眼前でフィナーレとして滑走路に超低空進入しての垂直上昇、一式戦はブースト全開でスピットファイアに追随し栄光の「加藤隼戦闘隊」こと飛行第64戦隊と一式戦の最後を飾った。このスピットファイアはグリフォンエンジン（離昇出力2,035馬力）を搭載した5翅プロペラのグリフォン・スピットファイア（グリフォンスピット）ことMk. XIVであった。ただし、これを目撃した池田昌弘は、スピットファイアが先に飛び出した全速の一〇〇式司偵三型（キ46-III）を悠々と追い越し、宙返りまでしたことを聞き、「垣根さんと一緒に飛んだスピットファイアも、きっとレバーを加減して飛んでくれたのでしょう」と、語っている。
実戦

本項目における以下の日付を冠した戦闘記録は各戦線における主要な空戦を抜粋したものであり、全ての戦闘記録ではない。
実戦 > ビルマ航空戦 > 初期

各地を制圧した第64戦隊は1942年3月21日からビルマ戦線（「ビルマ航空戦」）に参戦。以後、主にイギリス空軍およびアメリカ陸軍（初期はフライング・タイガース(AVG)を含む）と交戦し、同月23日には損害無くハリケーン1機を撃墜（第136飛行隊ブラウン少尉機）し同戦線における初戦果を収めている。このビルマ航空戦にはその活躍で有名な第64戦隊が長期間従軍しエースを多数輩出、一式戦を主力とし大戦末期に至るまで連合軍空軍と互角の戦いを繰り広げた戦域となる。
第64戦隊の一式戦は3月24日午後には一方的にハリケーン2機を撃墜（第136飛行隊パイネ軍曹機・バトラー軍曹機）、1機を撃破（フレッディー軍曹機、不時着損傷）するなど戦果を挙げたが、4月8日のローウィン飛行場攻撃ではアメリカ陸軍(AVG)のP-40 8機・イギリス空軍のハリケーン3機と交戦、連合軍側はレーダーで第64戦隊機の侵攻を探知し待ち伏せ奇襲、名実共に加藤中佐の片腕として前身部隊である飛行第2大隊第1中隊時代から活躍していた古参エース第3中隊長安間大尉機や、ノモンハン事件以来のベテラン和田春人曹長機を含む4機を喪失。
4月10日早暁、先の8日の復讐として、加藤中佐以下第64戦隊は夜間航法をもってローウィン飛行場を奇襲攻撃。一般飛行部隊でも夜間飛行と夜戦が考慮されている陸軍航空部隊においても、暗夜に（ビルマにおいて早暁はまだ暗夜となる）、山岳地帯を、全速力で（横風偏流誤差の考慮しまた敵地在空時間を減らすため）、600km以上の距離を、低空で侵攻することは極めて困難なものとなるが、編隊を先頭で率いる加藤中佐機の優れた航法によって奇襲は成功し、在地のP-40約23機を対地銃砲撃によって撃破。20日には戦死した安間大尉の後任として二式戦をもって開戦以来活躍していた独立飛行第47中隊から黒江保彦大尉が第3中隊長として、第2中隊には中村三郎中尉・坪根康祐軍曹が着任しているが、この3名はのちに有数のエースとなる。
5月22日、当時トングーに主力を置いていた第64戦隊の一部が一時前進していた最前線であるアキャブ飛行場に、ブレニム Mk.IV 1機（第60飛行隊マーチン・ハガード准尉機）が来襲。一式戦5機が迎撃に出撃するも、後上方銃座（射手マクラッキー軍曹）の巧みな射撃により2機が被弾し途中帰還、さらに1機が最初の近接降下攻撃からの引起し時に機体腹部（燃料タンク部）に集中射を浴び発火。この機体こそが戦隊長加藤建夫中佐機であり、午後2時30分、残された僚機2機の眼前で帰還不可能と察した加藤機は左に反転しベンガル湾の海面に突入し自爆した。ハガード准尉機は墜落することなく尾部への被弾2発のみでカルカッタまで帰還できたが、故障により片脚着陸を行ったため機体を破壊している。以下は檜中尉が加藤中佐戦死の夜に綴った日記文である。
五月二十三日　日記

十四時三十分、敵爆撃機ヲ急追撃墜セシ瞬間、国宝、我等ガ部隊長加藤中佐ヲ失イタリ、何タルノ痛恨事ゾ。豈ニ戦隊ノ損失ノミナランヤ。我ガ国ノ損失、言語ニ絶ス。此ノ部隊長ノ下ニ死ヲ誓イシ身、亦モ残ル。只コノ上ノ責務ハ軍神部隊長ノ任務必達ノ精神ニ生キンノミ
残された第64戦隊員にとって、平素格下と見なしていたブレニムの反撃による加藤中佐機の自爆は大きな衝撃であった。さらに、南方作戦の功労者かつ相当の人格者として有名な存在であった加藤中佐の戦死は帝国陸軍全体に衝撃を与え、30日付で「ソノ武功一ニ中佐ノ高邁ナル人格ト卓越セル指揮統帥及ビ優秀ナル操縦技能ニ負フモノニシテ其ノ存在ハ実ニ陸軍航空部隊ノ至宝タリ」と評される南方軍総司令官元帥寺内寿一陸軍大将名の個人感状を故加藤は拝受、陸軍初の二階級特進として任陸軍少将、特旨をもって従四位、功二級金鵄勲章・勲三等旭日中綬章を受勲。7月22日には陸軍省から国民に公表され「軍神」となっている。イギリス空軍側では日本のこの加藤軍神ブームを受け5月22日当日のブレニムの行動を再点検、8月2日付でハガード准尉機の乗員のもとにベンガル空軍司令官スチーブンソン少将から撃墜した相手が加藤建夫中佐という「大物」であった旨の電報が届いている。当時のイギリス空軍でも加藤がビルマ方面の戦闘隊指揮官で26機撃墜のエース、東京で公葬された軍神ということは伝わっていた。
6月4日、「軍神加藤少将」の弔い合戦として第64戦隊の一式戦は数機のB-17Eと交戦、1機を第77戦隊の九七戦と協同撃墜している（第436爆撃飛行隊シャープ大尉機）。第64戦隊の一式戦は1942年6月4日までの空戦で最低でも連合軍機10機撃墜（協同撃墜のB-17E 1機を含む）、損害は11機喪失。撃墜連合軍機の機種内訳は戦闘機6機・爆撃機4機で、一式戦10機喪失はP-40によるものであった。
同年4月、フィリピン攻略戦やビルマ攻略戦を経て日本に帰国した飛行第50戦隊から手初めに、旧式化した九七戦を運用する部隊は順次機種改変し（機種改変した後のエース部隊となる第50戦隊は9月にビルマ戦線に復帰）、以降一式戦は陸軍主力戦闘機となる。
実戦 > ビルマ航空戦 > 中期

一式戦に改変した第50戦隊は9月9日、アキャブ港爆撃に来襲した多数のブレニムやハドソンを迎撃した2度の空戦にて4機を撃墜（第113飛行隊ローヌ中尉機・レイド軍曹機、第60飛行隊マックリッジ少尉機、第62飛行隊ホワイト軍曹機）、3機を撃破、埠頭や輸送船が爆撃を受けたものの一式戦に喪失は無かった。10月末の航空撃滅戦ではのちのトップ・エースとなる第50戦隊穴吹智軍曹機がP-40E 1機を撃墜（第51戦闘航空群ダニング中尉機）、一式戦による当人の撃墜戦果第1号を記録。
11月10日、第64戦隊の一式戦1機がモホーク4機と交戦し格闘戦で2機を撃墜（第155飛行隊スカイプ少尉機・マクランプ少尉機）、29日、第64戦隊第2中隊がラングーン夜間空襲に飛来したB-24を迎撃し照空燈に捕捉された1機を夜戦で撃墜（第436爆撃飛行隊アッカーマン少尉機）、ビルマ航空戦におけるB-24初撃墜を記録、これらは何れも中村三郎中尉の戦果であった。12月24日には第50戦隊の穴吹軍曹機が「主脚の格納を忘れた状態」でハリケーンと交戦し2機を撃墜（第607ないし第615飛行隊コストロミン軍曹機・ファーガスン中尉機）。
1943年1月23日、第50戦隊の一式戦はバトル・オブ・ブリテン以来の古参である第135飛行隊長ガイディング大尉機を撃墜するも、第3中隊長中崎茂大尉機を喪失。2月には一式戦二型（キ43-II）に改変していた第64戦隊の一部が復帰したが、12日に「軍神加藤少将」の後任である第5代戦隊長八木正巳少佐がキャクトゥ飛行場攻撃時に優位から出現したハリケーンの攻撃を受け戦死、さらに25日にはインドのチンスキア攻撃時に第6代戦隊長明楽武世少佐も戦死（戦死当日に任戦隊長の辞令を拝受、それまでは戦隊長代理）、この時期の第64戦隊は戦隊長・中隊長といった幹部が立て続けに戦死している。特に明楽少佐は第59戦隊時代の1941年中頃、中国戦線にて一式戦の初陣を飾った指揮官操縦者であった。
なお、2月10日には陸軍船舶部隊の特殊船「あきつ丸」がスラバヤ、タンジョンベラ岸壁に接岸。輸送の一式戦二型50機を揚陸し第50戦隊は20機、第59戦隊は30機を受領している。「あきつ丸」は上陸戦時に上陸部隊を空中掩護するために飛行甲板を備え航空母艦機能を有する揚陸艦（上陸用舟艇母船）であった（のちにはこの空母機能を船団護衛用対潜哨戒機運用に特化・改装）。
2月23日、ラングーンに夜間来襲したB-24を第50戦隊第2中隊が迎撃、1機が月明を頼りに指揮官機たる1機を夜戦で撃墜（第159飛行隊長スキナー中佐機）。
3月14日からの一連のアキャブ方面航空撃滅戦前期作戦で一式戦は喪失なく一方的にハリケーン9機・ブレニム4機・ウェリントン1機を撃墜し、撃破を含めると計22機撃墜破の大戦果を挙げた。さらに地上でも日本陸軍は連合軍に対し優勢であり、イギリス・インド軍（英印軍）第6旅団（イギリス本土出身の白人のみで構成された精鋭部隊であるが、4月6日には旅団長自身が日本軍の捕虜となるなど敗走）・第55旅団を撃退し莫大な量の補給品を日本軍は獲得した。21日からはアキャブ方面航空撃滅戦後期作戦を開始、23日早朝には第64戦隊の一式戦10機がドハザリ飛行場を奇襲し在地機に対し対地砲撃、戦果はブレニム1機（第11飛行隊）破壊、ブレニム5機損傷（第60飛行隊）、ヴェンジャンス2機損傷（第110飛行隊）。24日には第64戦隊に第6代戦隊長として空中射撃の名人である広瀬吉雄少佐が着任、同日早朝には飛行第34戦隊の九九双軽を掩護して再度ドハザリ飛行場攻撃が行われたが、悪天候のためチッタゴン攻撃に切り替えられたが戦果はなかった。25日、今度のドハザリ飛行場攻撃には飛行第12戦隊・第98戦隊の九七重爆が投入され爆撃に成功、地上のハリケーン1機・ブレニム1機・ヴェンジャンス1機・スピットファイア偵察機型2機を粉砕、ブレニム3機も損傷し、滑走路着弾によりドハザリ飛行場をまる1日使用不能となった。一式戦と九七重爆に損害は皆無であり、25日の攻撃には第79飛行隊のハリケーン3機がリッツ飛行場から迎撃にあがっていたものの、別作戦のため飛来中であった第50戦隊の一式戦とされる攻撃を受け撃退されている。
5月26日、第27飛行隊のボーファイター3機がトングー飛行場を超低空飛行で奇襲、対地銃砲撃により操縦者1名が一式戦機内で戦死、しかし帰還中の指揮官機たるボーファイター1機を一式戦が追撃し撃墜した（第27飛行隊長ステイタム少佐機）。この戦果は石井早苗中尉のものであり、石井中尉機は機関砲故障のため主翼の翼端をステイタム少佐機の尾翼に当て「撃墜」している（石井中尉は乗機の翼端を少しへこましただけで無事に帰還）。27日の侵攻戦では空中集合失敗により単独で爆撃に向かった友軍の九九双軽8機を喪失するも、第50戦隊は29日・30日・31日の空戦で一方的に5機の戦闘機を撃墜（ハリケーン4機、モホーク1機）。31日には第64戦隊がB-24D 6機と交戦、多数の一式戦が被弾し不時着機も出たもののB-24D 1機を撃墜（第9爆撃飛行隊ジャンセン中尉機）、これは昼戦では初のB-24撃墜である（夜戦ではすでに撃墜済み）。4月1日、明飛校甲種学生を修了した檜中尉・遠藤中尉が第64戦隊に復帰。同日、戦力が低下していた第64戦隊の一式戦稼働10機は九七重爆を掩護しフェンニーを攻撃するも、高空で待ち伏せしていたハリケーン Mk.IICの攻撃を受け強力な火力により九七重爆3機を喪失、1機が撃破され、戦果はハリケーン1機撃墜のみであった（第615飛行隊オートマンス中尉機）。
4月9日、第64戦隊の一式戦16機は戦闘隊単独でチッタゴンを攻撃しハリケーンと交戦、一方的に指揮官機を含む2機を撃墜（第67飛行隊長バッハマン少佐機、クリスチャンスン中尉機）、一式戦は全機が無事に帰還した。12日、第64戦隊は檜中尉・遠藤中尉が明飛校から持ち帰った、従来の3機編隊から4機編隊（2機単位2個）で戦う「ロッテ戦法」の講習のためタイのドムアン飛行場に出張。
5月6日、第64戦隊第2中隊の行元平男中尉機がラングーン偵察に飛来した第9偵察飛行隊のF-4（P-38の非武装偵察機型）を攻撃、第一撃で片発を破壊するも機関砲故障のため撃墜を断念。かわりに日本軍飛行場に強制着陸させるためF-4と並行飛行し操縦席越しに拳銃を突きつけ威嚇、操縦者ハンフリー少尉もハンカチを振り降伏意思を表明するも手負いのF-4は水田に墜落した（ハンフリー少尉は生存し捕虜）。この出来事は「空中捕り物」「空中捕獲物綺談」として報道され日本全国に知られることとなっている。
ビルマ戦線では雨季の期間中は航空作戦が不能ないし低調になるため、雨季を除く大戦中期たる1942年9月9日から1943年5月29日にかけての戦果・損害は以下の如し。
第50戦隊・第64戦隊の一式戦は連合軍機62機撃墜 を記録、対する一式戦の空戦損害は36機喪失 。
撃墜連合軍機の機種内訳は戦闘機44機 ・爆撃機等17機 ・偵察機1機 。
撃墜戦闘機の詳細はハリケーン36機・モホーク5機・P-40 3機、爆撃機等はB-24 5機・ブレニム5機・B-25 3機・ウェリントン2機・ハドソン1機・ボーファイター1機、偵察機はF-4 1機。
一式戦喪失36機のうち連合軍戦闘機によって撃墜されたものは24機、残機は爆撃機の防御砲火や対空砲火などによるもの。
実戦 > ビルマ航空戦 > 末期

1944年8月、第64戦隊は一式戦三型（キ43-III）に、第50戦隊は少数の一式戦を残しつつも四式戦へと機種改変。第64戦隊はこの頃拉孟・騰越守備隊に対する支援攻撃や物料投下を行っている。
10月3日、第64戦隊の一式戦がメイクテーラ飛行場を襲撃したモスキートを迎撃。高速機モスキートを撃墜するため従来ビルマ航空戦で多用されていた「送り狼」戦法で巡航速度で帰還中の不意を突き1機を撃墜した（第45飛行隊プロクター大尉機）。5日、指揮官機自ら単機で飛行場に来襲したボーファイターを中村大尉機が執拗に追尾し1機を撃墜（第177飛行隊長ヒル中佐機）。
10月6日、マンダレーに来襲したB-25 12機を第64戦隊が迎撃し1機を撃墜するも（第83爆撃飛行隊コーチ中尉機）、1機を喪失。この空戦で中村大尉機と僚機2機の一式戦計3機は直上からの一撃離脱攻撃を行いコーチ中尉機は空中爆発、続いて後続機にも同様の直上攻撃を試みたが、タイミングがずれ防御放火の集中を受けた中村機は空中分解、のちに「軍神加藤少将の再来」と謳われる眉目秀麗のエース中村大尉は戦死した。多くのエースを輩出し多くの戦死者も出した第64戦隊で個人感状を拝受し二階級特進の栄誉に輝いた者は加藤建夫少将とこの中村三郎中佐のみである。
10月18日、第64戦隊はボーファイター1機を撃墜するも（第211飛行隊コールズ大尉機）、1機を喪失。
10月19日、インド洋上で第1野戦補充飛行隊の一式戦二型（キ43-II）9機がイギリス海軍空母機動部隊艦載機と交戦。F4U編隊（空母「ヴィクトリアス」艦載機）とF6F編隊（空母「インドミタブル」）との間で30分の空戦を行い、4機を喪失するも3機を撃墜（F4U 2機・F6F 1機）。
10月22日、第64戦隊はモールメン上空で指揮官機を含むB-24 3機を撃墜（第493爆撃飛行隊長ブランドフォード少佐機・ボドマー中尉機・ブライヤー中尉機）。
11月19日、第50戦隊の一式戦1機がP-38 8機と交戦するも2機を撃墜した（フィックリン少尉機・バウマイスター中尉機）。
12月11日、第64戦隊の一式戦28機はモンドウに侵攻し連合軍の資材集積所を地上攻撃し炎上3箇所を報告。帰途、スピットファイアMk.VIII 12機と交戦するも1機を撃墜し（第273飛行隊バリオン准尉機）、一式戦は喪失無く全機が帰還した。
1945年1月9日、第64戦隊は第50戦隊（四式戦装備）とともにアキャブ沖連合軍艦船攻撃に出撃。第64戦隊はボーファイター1機（第27飛行隊）・シーオッター1機（第292飛行隊）を撃墜するも、戦隊長編隊がスピットファイアに襲撃され4機を喪失。戦隊長江藤豊喜少佐機はミエボン南方に不時着しており翌10日に無事帰還したものの、僚機の3名は戦死した。18日、メイクテーラの第64戦隊残置機の一式戦がP-47 18機・B-25 37機を迎撃、2機編隊の一式戦がP-47 1機を上空から襲い撃墜（第5戦闘飛行隊ギルモア中尉機）。
2月19日、第64戦隊はイラワジ川上空でP-47と交戦し1機を喪失するも宮辺少佐機が1機を撃墜（第5戦闘飛行隊バーネ中尉機）。続く空戦では池沢軍曹機がハリケーン1機を撃墜（第28飛行隊ハンター中尉機）。
2月26日、メイクテーラ付近で第64戦隊はP-47Dと交戦、1機を喪失するも最高指揮官機を含む2機を撃墜（第1特任航空群指揮官ゲイティ大佐機、第6戦闘飛行隊デイヴスン少尉機）。第64戦隊はさらにベンガル湾上空でB-29 1機（第44爆撃飛行隊リヨン大尉機）を撃墜。。
4月24日、第50戦隊・第64戦隊の一式戦および四式戦計15機は第17飛行隊のスピットファイアと交戦、このうち第64戦隊の一式戦2機がクロフォード軍曹機を撃墜し、第64戦隊はビルマ航空戦における最後の撃墜戦果を記録した。28日、第64戦隊飛行隊長宮辺少佐は第9代そして最後となる第64戦隊長を拝命。
地上の緬甸方面軍はイラワジ会戦・メイクテーラ攻防戦に完敗、5月2日にはラングーンが陥落しビルマ航空戦は事実上終了した。第3航空軍各飛行部隊はインドシナ、マレー、インドネシア方面に後退し防空戦を行い、のちの敗戦を迎えることとなる（#インドシナ、マレー、インドネシア方面）。
実戦 > ビルマ航空戦 > 末期 > インドシナ、マレー、インドネシア方面

1944年11月5日、シンガポールに飛来したB-29 53機を第1野戦補充飛行隊8機・第17錬成飛行隊7機からなる一式戦15機が迎撃し、1機を喪失するも最高指揮官機たる1機を撃墜（第468超重爆撃航空群指揮官フォールカー大佐機）、同時に一式戦によるB-29初撃墜の戦果を挙げた。
1945年1月24日・29日、その約3年前に帝国陸軍落下傘部隊が第64戦隊・第50戦隊の一式戦の掩護を受け奪取した、スマトラ島の製油所地帯である要衝パレンバンにイギリス海軍第63空母機動部隊の艦載機が来襲（メリディアン作戦）。パレンバン防空は主力となる飛行第87戦隊（二式戦装備）のほか、第26戦隊・第33戦隊（一式戦装備、第33戦隊は装備2機のみ）、第21戦隊（二式複戦装備）が担当しており、2日間の空戦では日本軍は20機を喪失、イギリス軍は27機（内訳は被撃墜16機、帰途不時着水11機。このほか着艦事故14機を合わせると計41機に上る）を喪失している。
同時期、本方面スンバワ島ビワにて本来は教育部隊である第17錬成飛行隊の飛行隊長・教官・助教・隊員（特操1期）からなる臨時防空戦闘隊（一式戦12機）を編成。4月6日、ニューギニア方面から撤退する地上部隊将兵1,800名を満載した軽巡洋艦「五十鈴」および水雷艇「雉」・掃海艇2隻を攻撃するため飛来した、第一波の第18飛行隊・第2飛行隊B-25 20機を臨時防空戦闘隊の一式戦2機が迎撃、爆撃を妨害し艦艇損害無し。20分後には第二波として第21飛行隊・第24飛行隊のB-24 9機が飛来するも同戦闘隊からも増援の一式戦2機が到着し交戦、マクドナルド大尉機・フォード中尉機を撃墜し艦艇損害は至近弾2発・不発弾直撃1発のみ。さらに撃墜機乗員の救助に来たカタリナ1機を補給のため基地に帰還したのち再度飛来した一式戦1機が撃墜（第112海難救助飛行隊バルマン大尉機）。のちに掃海艇1隻が潜水艦の雷撃により沈没するも、「五十鈴」は無事にビマに入港し将兵を揚陸した。この空戦で一式戦は3機を撃墜するも損害は1機被弾のみ。臨時防空戦闘隊は7月半ばにかけて10機を喪失（このうち空戦被撃墜は4機、敵機衝突1機）するも7機を撃墜（B-24 5機・PB4Y-1 1機・カタリナ1機）、予想を上回る敢闘を見せた。
8月13日、スンダ海峡にて翔忠戦闘隊（6月22日に廃止された第33戦隊を飛行師団直轄の部隊としたもの）の一式戦がB-24 1機を撃墜（第203飛行隊テットロック中尉機）、これが一式戦が挙げた最後の戦果となる。
大戦末期となる1944年8月18日から終戦間際となる1945年8月13日にかけて、ビルマを初めとする東南アジア方面（ビルマ・フランス領インドシナ・マレー・インドネシア・タイ等）を担当する第3航空軍戦域における戦果・損害は以下の如し。
一式戦は連合軍機63機撃墜 （このほか一式戦が撃墜した可能性がある未帰還9機が存在し、それを含めた場合は連合軍機72機撃墜 ）、対する空戦損害は61機喪失 を記録。
撃墜連合軍機の機種内訳は戦闘機14機 （18機ないし19機 ）・爆撃機等32機 （36機ないし37機 ）・輸送機等17機 。
戦闘機の詳細はP-47 4機・スピットファイア3機・P-38 2機・F4U 2機・P-51D 1機・F6F 1機・ハリケーン1機、爆撃機等の詳細はB-24 15機・ボーファイター5機・モスキート4機・B-29 3機・PB4Y-1 3機・PB4Y-2 1機・B-25 1機（先述の一式戦が撃墜した可能性がある連合軍未帰還機の内訳は、戦闘機等がハリケーン3機・F4U 1機、爆撃機等がB-29 2機・PB4Y-1 1機・B-24 1機、さらにTBFまたはファイアフライ1機）。
一式戦61機喪失のうち連合軍戦闘機によって撃墜されたものは47機で、残り14機は爆撃機の防御砲火によるものである。
実戦 > ビルマ航空戦 > 陸軍航空部隊の早期警戒体制

1943年後半のビルマ航空戦にて帝国陸軍航空部隊（3航軍）は、無線傍受解析（シギント）・電波警戒機（レーダー）・対空監視哨を主軸に前線で以下の早期警戒体制を構築している。
第5飛行師団第3航空特情部（航空特種情報部）は連合軍の空地無線交信を傍受、何時何分・使用飛行場・機種・機数といった出撃情報を掌握（インド東部の連合軍飛行場より日本軍の要衝ラングーン（ヤンゴン）まで約1,000km・飛行時間約4時間）
インド - ラングーンの中間地点アキャブ（ラングーンまで約1時間半）の対空監視哨が敵編隊を捕捉、機種・機数・高度・進行方向を報告。
ラングーンの日本陸軍防空戦闘隊はアキャブから情報があると操縦者はピスト（操縦者控所）で待機。
トンガップ・サンドウェー・ヘンサダ（ラングーン西北120km）等の各対空監視哨が敵編隊を捕捉し続報を伝達。
ラングーンから100km以内に入るとミンガラドンに配備した電波警戒機が機影を捕捉。
ラングーン防空高射砲部隊の対空監視哨が最後に捕捉。
以上の各情報は刻々と邀撃戦闘隊本部に電話で報告。空襲警報が発令され操縦者はピストを飛び出し搭乗・離陸。離陸開始後5分でインヤー湖（ビクトリア湖）上空3,000mに空中集合。
離陸した一式戦は機上無線電話で地上の戦闘指揮所より敵編隊方向への誘導を受け（対空誘導）、これを邀撃。
1943年11月27日、アメリカ陸軍戦爆連合84機を第64戦隊第3中隊の一式戦8機と二式戦1機が邀撃、2機の喪失で戦闘機6機・爆撃機3機を確実撃墜する大戦果を挙げた空戦にて、第64戦隊は電波警戒機と対空監視哨の情報をもとに地上からの無線電話誘導により有利な位置で迎え撃ち、特に黒江大尉機はミンガラドン基地と無線電話で頻繁に通信し次々に電波警戒機による敵機情報を受信している。
実戦 > 中国航空戦 > 初期（中国航空戦）

1942年半ば、一式戦を装備する飛行第24戦隊および独立飛行第10中隊が中国戦線に投入された。7月30日、第24戦隊27機・独飛10中12機の計39機の一式戦は広東を出撃し衡陽の飛行場を攻撃、10機のP-40Eと交戦するも戦果は無く1機を喪失、以降31日・8月5日・8日の空戦の結果は、P-40E 1機撃墜（第75戦闘飛行隊マイナー少尉機）に対し一式戦6機喪失と完敗に終わった（この一式戦喪失6機のうち3機は急降下追撃中の無理な引き起こしによって生じた空中分解事故によるものである）。また、在中国のアメリカ陸軍航空軍のP-40はフライング・タイガース(AVG)時代から、日本軍機が得意とする格闘戦には応じなかったことも要因であった。7月4日にフライング・タイガース(AVG)は解散し、中国・ビルマ・インド方面(CBI戦域)を担当するアメリカ陸軍航空軍第10空軍隷下の正規軍たる中国航空任務部隊(CATF)に編入されている
南方に移動した第24戦隊に替わり9月10日、第33戦隊（一式戦装備）が広東に進出。アメリカ軍の活動が低調なため久しぶりの空戦となった10月25日、香港に飛来したB-25 12機・P-40 7機と第33戦隊の一式戦が交戦、喪失無しでB-25 1機（第22爆撃飛行隊オーラーズ大尉機）・P-40 1機（第76戦闘飛行隊シアー中尉機）を、28日には哨戒中の一式戦2機が爆装P-40 10機を攻撃し1機を撃墜（第75戦闘飛行隊オコンネル大尉機）、第33戦隊は損害無しで一方的に3機を撃墜し第24戦隊初戦の雪辱を果たした。独飛10中はこの頃第25戦隊に改変されている。
11月2日、第33戦隊の生井清大尉機がP-40E 1機を撃墜（レーシー少尉機）、これは以後中国・ビルマ・ニューギニア・フィリピンの各航空戦を転戦する歴戦のエースの初撃墜戦果である。23日、天河飛行場に来襲した第76戦闘飛行隊のP-40を迎撃するため緊急離陸中であった第25戦隊の一式戦2機が撃墜された。以降、3か月間中国戦線では長らく大きな空戦はおこっていない。