九九式二〇ミリ機銃
1938年秋、支那事変で戦っている戦闘機部隊である12空から、計画中の20ミリ機銃装備の零戦について、「機銃口径は十ミリないし十三ミリを適度とし、初速の小さい翼上二十ミリ機銃は戦闘機には百害あって一利なし」という意見が提出された。
1940年7月15日、日中戦争の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に陥り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これを解決した。9月13日、零戦が初陣で27機撃墜の大戦果を報告した。これを受け、零戦を制作した三菱重工、エンジンを制作した中島飛行機、20ミリ機銃を製造した大日本兵器が海軍航空本部から表彰された。
1941年12月、大東亜戦争勃発。開戦当初、B-17程度の防御力なら零戦の20ミリ機銃一発で撃墜可能と考えていたが、効果がないという報告があった。川上陽平海軍技術少佐によれば、調査の結果、これは威力不足ではなく、5メートルほどの標的での射撃訓練を受けたパイロットが大型で尾部に防御火力を持つ四発重爆に対して、照準器の視野にあふれるため、相当接近したと錯覚して有効射程外から射撃して退避していることが原因であったという。
1942年(昭和17年)夏頃からドラム弾倉が60発入りから100発入りの大型へ徐々に切り替えられ、採用当初から問題になっていた携行弾数の少なさの改善が図られた。