零式艦上戰鬥機52型
1942年10月以後，隨著日軍在布幹維爾島（正好位於拉包爾與瓜達爾卡納爾兩者的正中間）設置的前進基地終於可以投入使用，圍繞瓜達爾卡納爾島（以下簡稱瓜島）展開的攻防戰，飛機的續航能力已不再是一個制約日軍作戰的主要因素。
對於此時的日本海軍航空部隊而言，美軍戰鬥機性能的提升以及戰術的變化是一個更為嚴峻的問題。自戰爭爆發以來美軍的裝備不斷更新換代，此前因性能落後任由零戰蹂躪的對手——F2A、P-36等老舊機型已迅速被F4F、P-39、P-40等可以與零戰抗衡的機型所取代，依靠合理的戰術和「主場」優勢，僅從1942年8月21日到10月11日的6周時間內，駐瓜島的美陸海軍各航空部隊就擊落日本各型飛機110架（其中絕大多數為零戰21型和一式陸攻），戰爭才進行了短短10個月就打破了零戰不敗的神話。至1942年末到43年初，隨著更為高速，堅固且火力強大的P-38和F4U的出現，除了盤旋性能以外其他主要性能零戰均已處於下風。
在西南方面素來以「精強」著稱的南臺航空隊自1942年8月參加瓜島攻略作戰，至10月末短短6周時間內即損失飛行員32名，不得不於當年11月中旬返回本土休整
另一方面，零戰自11型40年定型裝備服役，已經度過了2年多近3年的時光，除發動機功率略有提升之外，性能上沒有更為顯著的提高。已經到了需要更新換代的時刻。然而此時三菱自身研製中的14試局地戰鬥機（截擊機，即後來的「雷電」），由於受複雜的技術問題所困擾一時間還難以定型裝備部隊，零戰的正統續作17試艦戰（即後來的「烈風」）連原型機都還沒有造出來，川西研製的1號局戰（即後來的「紫電」）由於在設計上存在的缺陷，進展得也很不順利，在這樣一種緊迫的狀況下，海軍只能將希望寄托在對零戰的持續改進之上。
駐紮東南亞戰場的美軍F4U戰鬥機
關於當時的情形，堀越二郎進行了如下說明：
「儘管圍繞瓜達爾卡納爾島的攻防戰，從陸地、海洋到天空都已經達到了最高潮，然而長期以來被我們寄予厚望的14試局地戰鬥機，也就是後來的J2M『雷電』的研製工作卻進展的很不順利，和當初的預計相比進度出現了嚴重的延誤。
由於在未來幾個月內都無法指望會有新型的戰鬥機能夠飛抵遙遠的南方戰場，因此為了能夠對抗已經在幾乎所有性能方面都已經超越了初期型零戰的，美國的新型戰鬥機，我們只能再次對零戰的性能實施改良。
最初我們改進的主要著眼點是在工藝方面進行簡化，提高生產效率，其次是提高零戰的俯衝速度。為此我們再次縮短了零戰的翼展，取消了翼尖的摺疊結構。為了儘可能的提升飛行速度，將此前採用的集合式單排氣管改為了可向後方高速噴射廢氣提高推進效率的分離式單排氣管。
零戰52型的主要特徵：突出發動機整流罩向後方彎曲的推力式單排氣管
通過以上的改進，使零戰的平飛時速首度超越了550千米。
雖然在重量方面與採用相同翼展的32型相比增加了約200千克左右，新型機在6000米的高度的依然飛出了562千米/小時的最大平飛速度，爬升能力也得到了顯著的提高。通過對蒙皮進行加厚處理，主翼的強度也得到了增強，俯衝速度也大為增加，儀表指示速度超過了660千米/小時」。
戰爭後期的主力型號 零戰52型
於是，被命名為A6M5的新零戰於1943年8月以零式艦上戰鬥機52型的名義正式投入批量生產，10月即被優先部署到了戰況最為激烈的所羅門戰線。由於擔心增加過多的重量會造成機動性能的下降，零戰52型依然沒有配備防彈裝備，火力方面也僅僅沿用了22型上開始採用的99式2型長身管20mm機炮，除此之外未作大的改動。
當時在所羅門戰線日軍已經處於完全的守勢，戰爭爆發初期活躍在第一線的老練飛行員大多已經戰死，而從本土補充的飛行員大多是訓練不夠充分的新手，往往出擊2~3回便消耗殆盡。不過，由於美軍最新銳的F6F戰鬥機此時尚未部署到這一區域，在碩果僅存的精英飛行員的帶領之下，裝備零戰的基地海軍航空部隊在拉包爾附近進行的攔截作戰中仍然能夠取得一定的戰果。
F6F同F4U一樣配備2000馬力級別的強力發動機，具有完備的裝甲防護和自密封油箱，以及堅固的機體結構，6挺12.7毫米機槍火力強大，備彈量是前代F4F的2倍，水平盤旋能力也不遜色於零戰，俯衝和加速能力更是完勝，面對日本戰鬥機具有絕對的優勢。
然而，在更為靠近東方的馬紹爾群島展開的第252海軍航空隊，卻率先一步遭遇到了美軍F6F戰鬥機炮火的洗禮。在1943年10月6日的初次對決中，252空的零戰部隊與48架F6F展開了激烈的較量，雖然也取得了擊落6架敵機的戰果，但出動的23架零戰被全部擊落或擊毀，一天之內就失去了全部可以動用的戰鬥機，可以說是一敗塗地。
至1944年1月末，部署在馬紹爾群島方面的252空、281空，以及航母部隊的零戰21型、22型、52型各機群，在美陸、海軍聯合攻勢的面前雖然進行了一定程度的抵抗，但最終還是難以逃過全軍覆沒的結局。
1944年2月17、18兩日，日軍位於太平洋西南部最大的根據地特魯克，遭到了以F6F為首的美國海軍艦載機部隊的連續反覆空襲，以零戰52型為主的日本海軍戰鬥機約60餘架在空戰中全部被擊落，在同月23日美軍對馬裡亞納群島進行的空襲中迎擊的日軍戰鬥機部隊也遭遇了慘重的失敗，至此，零戰作為一線主力戰鬥機的生命，事實上已經走到了盡頭。
儘管如此，在美陸海軍航空兵力的層層重壓之下，別無選擇的日本海軍不得不將希望繼續寄托在對零戰的改進之上，從52型第748號量產機開始，安裝在主翼內部的20毫米機炮改為彈鏈供彈，備彈由100發增至125發。通過對機翼蒙皮進行局部加強，俯衝最大限制速度提高到了740千米/小時。經過上述的改進的零戰被稱作A6M5a 零式艦上戰鬥機52型甲，於1944年3月開始投入量產。
52型甲在生產390架之後，機首上方右側7.7毫米機槍更換為3式13毫米機槍，名稱亦改為A6M5b零式艦上戰鬥機52型乙。
52型乙是零戰全系列中第一款配備防彈裝備的型號，為駕駛艙前部風擋內側加裝了厚45毫米的防彈玻璃（4枚疊加）。然而這種水平的防護能力仍然不夠充分，且太遲了，在加之最為要緊的機內油箱仍然處於無防護的狀態，因此在防禦能力上並沒有本質的變化。
1944年12月中旬即將由上海龍華基地向臺灣臺南基地進發的神武特別攻擊隊的零戰集群，前排為翼下統一吊掛150升副油箱的「爆戰」（戰鬥轟炸機）52型乙，後排為負責掩護的52型甲
52型乙的另一個重要改進是為每側主翼下方增設了一個可以懸掛150升副油箱的掛點，使其在機腹下方懸掛炸彈的情況下依然能夠保持較大的作戰半徑。以利於執行對地對海攻擊任務。
可是，52型乙同樣在1944年6月~10月間僅生產470架之後就終止了生產。
1944年7月23日，作為最為優先的命令，海軍對於零戰的改進工作又做出了如下指示。
①在原有的13毫米機槍與翼內20毫米機關炮的基礎之上，在每側機翼主起落架外側再加裝1挺13毫米機槍。
②在駕駛席的後方加裝防彈玻璃和防彈鋼板。
③在機翼下方加裝火箭彈發射掛架。
④在駕駛艙後方增設140升內袋式自封油箱。
⑤加厚主翼蒙皮，保持740千米/小時的最大俯衝速度。
要想滿足以上全部條件，新型機的戰鬥全重至少要比52型乙增加300千克以上，如果繼續沿用「榮」21型發動機，必然會導致空戰性能進一步的下降，即使擁有了重武裝、防彈鋼板、和自封油箱，顯然也無法與新銳的美軍戰鬥機抗衡。
於是，設計人員提出為新型機換裝「金星」62型發動機（1500馬力級）以維持戰鬥機的空戰性能。然而海軍行政當局卻否決了這一計劃。由於擔心換裝發動機這樣大的設計變更會延誤新型飛機的研製進度，海軍方面主張採用為「榮」21型發動機加裝水/甲醇混合噴射系統的方式提升功率。對此，三菱別無選擇只能服從軍方的命令。
52型丙 增強火力和裝甲之後機動性能嚴重下降
然而，由於配備水/甲醇混合噴射系統的「榮」31型發動機在試運轉時意外失敗，因此新型零戰只能繼續搭載陳舊的「榮」21型發動機，最大平飛時速降至540千米，爬升至8000米高度需耗時9分57秒，飛機的運動能力也出現了顯著的下降。自封油箱由於技術問題也未能實裝。最終被稱作A6M5c 零式艦上戰鬥機52型丙的新型機在僅生產了93架後即草草停產。
零式艦上戰鬥機62/63型
1944年10月，零式艦上戰鬥機52型丙開始投入量產，然而對於日軍而言此時戰局的發展已經到了危如累卵的地步，圍繞於菲律賓的海空作戰，海軍航空部隊的作戰樣式逐步轉變為以自殺式攻擊為主體，即所謂的「神風特攻」。零戰也被迫做出了相應的改進，即將原作為可選配件設置於機腹中心線的臨時炸彈掛架變更為固定掛架以減少維護工時提升可靠性。進行上述改裝的52型丙、52型乙後被命名為A6M7 零式艦上戰鬥機62型。
零戰原配的臨時掛架投彈故障較多，安裝程序繁瑣
正當52型丙的量產即將結束之時，隨著期盼已久的「榮」31型發動機和自封油箱的研製終於獲得了成功，三菱方面立刻著手對52型丙實施改進以改進，即零式艦上戰鬥機53型丙，然而測試結果卻令技術人員大失所望，由於「榮」31型的實際功率遠遠低於中島當初約定的設計指標，且搭載的水/甲醇噴射系統故障頻繁極難維護保養，零戰53型丙僅生產了1架試作機，研製計劃即宣告終止。
「榮」31型發動機在拆除故障頻繁的水/甲醇噴射系統後，被稱作「榮」31型甲。換裝該發動機的零戰62型亦被稱作零式艦上戰鬥機63型。
零戰62/63型的機腹掛架改為固定式
隨著戰爭進入終末階段，日本海軍行政當局終於同意為零戰換裝「金星」62型發動機。對於新型零戰海軍不在追求裝備自密封油箱，轉而要求配備自動滅火裝置，續航時間方面要求在滿足巡航速度飛行2小時30分鐘基礎之上再增加可以維持全速空戰30分鐘的油量，同時為了儘可能的減重取消了機首上部安裝的13毫米機槍。
然而此時日本工業已經陷於原料匱乏的困境，大量熟練技工應徵入伍，造成勞動力嚴重不足。再加之美軍戰略轟炸烈度不斷升級，不得不對工廠和重要設備進行疏散。受限於機體低劣的加工組裝品質，發動機等重要零部件的供應不足，以及品質惡劣的低辛烷值油料，幾乎所有戰時生產的新型機的性能都受到了影響，在這種困頓的局面之下，裝備「金星」62型發動機的新型零式艦上戰鬥機A6M8c於1945年4月底試製成功完成了首飛。被疏散至青森縣三澤基地的橫須賀航空隊飛行試驗部對該機進行了高強度的測試。
零戰52型丙/54/62/63型的機翼下表面細節，加裝無控火箭彈導軌和小型炸彈掛架
測試結果表明新型機在配備防彈裝甲板以及防彈玻璃、擁有自動滅火裝置以及重型武裝的情況下飛行性能基本恢復到零戰52型的水平（最大平飛時速570千米、爬升至6000米高度耗時6分50秒）海軍方面立即決定將該機以零式艦上戰鬥機54型的名義正式投入批量生產。然而為時已晚，隨著3個月之後日本宣布無條件投降，54型直至戰爭結束1架量產機也沒有能夠製造完成。
零戰家族性能最為均衡的54型最終未能投產
另外，至1944年2月為止，此前一直生產零戰21型的中島飛行機也從當月中旬開始追隨三菱的腳步依次轉產零戰52、甲、乙、丙各型、以及62/63型等型號。
零戰52型~零戰62/63型的總產量合計5704架（其中三菱2131架、中島3573架）佔據零戰家族10044架的生產總數量的56%（不包含教練型和2式水上戰鬥機）。反過來講，這樣一種完全無法與格魯曼F6F相抗衡的戰鬥機的竟然生產了這麼多的數量，本身也是一件令人感到悲哀的事情。
堀越二郎設計師的回想
「不幸的是，不管是海軍也好還是製造廠商也好，對於戰時航空工業的實際情況都缺乏足夠的了解。直接肩負著零戰研製重任的那些人們，即便是想努力拿出『新式』的零戰來，由於同時還被強行賦予太多的研製任務，因此不得不將他們有限的時間和精力分出來，一點點拿去不斷被分散、稀釋。這樣一來，反而偏離了我們本來的目的。
1945年初 駐紮神奈川縣厚木基地的第302海軍航空隊裝備的各型戰機，前3排為零戰52型甲，第4排的雙發機群為夜間戰鬥機「月光」，位於月光後方的單發機為「彗星」12戍型。再往後還可以看到「彩雲」以及「銀河」的模糊身影。
也就是說，即使我們了解問題所在，拿出了可行性方案，也無法去進行必要的改善，新的設計總是被上級臨時的研製要求所打斷。
如果，海軍和會社方面當時能夠理解我們在戰時技術上的一些建議的話，那麼A6M8c零戰54型在1943年春天就應該可以送上戰場。就有可能阻止向我方戰鬥機部隊襲來的敵『地獄貓』戰鬥機。
我們海軍航空部隊的指揮官們，對於戰時航空技術的高速發展速度也缺乏足夠的預見能力。
對於零戰不斷地進行生產與改進，這種重複建設的行為的確是一種失誤，但有些時候，更因為是遇到了挫折，這一點在戰爭末期表現的尤為明顯。
零戰的命運，可以說比較明顯的反映出了當時整個海軍的狀況。
在以驚人的速度對飛機實施改造和更新換代的美國技術人員看來，我們對於零戰的改進計劃出臺得太過遲緩，並且在設計上對於戰鬥中所取得的各種經驗教訓的吸收也顯得不夠重視。
然而，實際情況絕非如此。我們之所以未能追趕上國外技術發展的步伐，其主要原因還是由於日本的工業能力從整體上來看屬於世界二流比較落後的水平。
而我們的航空工業就是在這樣被認為比較落後的工業水平的支撐下走到今天這一步的。
有經驗的技術人員的缺乏，天然資源的貧弱，這些都會對新型飛機的設計、實驗、試作、以及服役產生不良的影響，而我們就是在這樣的環境中努力奮鬥的。
外國的飛機製造廠商可以通過向前線的基地派遣專門技術團隊的形式，讓廠方專家就飛機的構造，特性等技術方面的一些特點在現場為空、地勤人員進行講解說明。這種方法不但對於飛機的維護保養十分有利，通過技術人員與飛行員進行面對面的交流，還能將戰鬥中取得的教訓迅速的反應到設計上來，飛機還在生產線上就可以對其進行相應的改進。這個體系對於飛機的研製帶來了非常大益處。
而我們的陸海軍雖然也曾經制定了類似的派遣計劃，卻由於具有足夠能力和經驗的技術人員的匱乏，而未能長期堅持下去。
因此，日本飛機的生產和改造計劃和盟軍相比，可能僅有其幾分之一的成果。
1944年9月 正在大分縣大分基地開展訓練的第653海軍航空隊的零戰機群 。653空作為日本海軍最後的艦隊航空隊參加了雷伊泰灣海戰，最終與參戰的4艘航母一起沉入大海全軍覆沒。
我們的技術人員是有能力的。然而他們的能力建立在陳舊的工業能力之上，因此一個新穎的技術點子要轉化為實用的器材，需要額外多的時間。雖說，美國那樣龐大的航空工業能力，日本不管怎麼去努力追趕，也不可能趕上，但我們設計團隊的努力與優秀，屢屢在低效的行政管理面前被抵消也是不爭的事實。
不合時宜的計劃以及指示，不但大量的浪費了我們技術人員的時間，還讓飛機的產量出現了下滑。
同時，海軍當局對於戰鬥後遞交的技術報告又過於敏感，向研製單位下達的改造命令不斷發生變更，這些朝令夕改的瑣碎設計要求，令本就人手不足的設計團隊忙的更加不可開交，結果技術人員在攻關重點項目的時候反而沒有了足夠的時間。
對於新型機的研製項目又搞得太多太雜，分散了具有經驗和能力的設計中堅力量，這就必然會導致研製生產進度的延誤，結果緊急重要的項目最終大多未能研製完成」。
參考資料：「零戦」 奧宮正武・堀越二郎
「世界の傑作機」NO.56 文林堂
「日本陸海軍機大百科」 野原茂
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