零式艦上戦闘機
爆撃機など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おり、初期型から機首の7.7mm機銃(九七式七粍七固定機銃)2挺に加え翼内に20mm機銃2挺を搭載しており、当時としては高火力な機体となった。
7.7mm機銃の弾丸は、当時のイギリス軍の歩兵銃であり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)であった。これは輸入した複葉機の時代からのものであり、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機銃を機首上部に配置したので、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。
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および両者の改良型であった。初速は一号銃 (FF) が600m/s、二号銃 (FFL) が750m/sであり、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・五二甲型以降搭載)となっていた。
20mm機銃は大型機対策として搭載したものだが、防御力が高くて7.7mm機銃では効果の薄いF4Fにも有効であり、空戦でも活躍したことは多くの搭乗員が認めている。しかし、携行弾数60発(初期型)を二斉射で全弾消費するパイロットもおり、多数のF4Fを相手にする際は弾数が不足しがちであった。
設計者の堀越は、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く、海軍からも特に注文はなかったという。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。
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でスピットファイアMk.Vとの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、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、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。
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航続距離は長い方だが、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。当時の米軍戦闘機ではF4F-3(2,285km)でも長い部類であった。
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。